这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

一、研究团队与发表信息

本研究由Junbin Fang、Zhen Yang、Shun Long、Zhuoqi Wu、Xiaomeng Zhao、Funian Liang、Zoe Lin Jiang†、Zhe Chen合作完成，主要作者来自暨南大学光电工程系、广东省可见光通信工程技术研究中心及广州市可见光通信重点实验室。其中，Junbin Fang同时为多伦多大学电气与计算机工程系访问教授。论文发表于IEEE Photonics Journal，收录于2017年，DOI编号为10.1109/JPHOT.2017.2687947。

二、学术背景与研究目标

科学领域：本研究属于可见光定位（Visible Light Positioning, VLP）与室内导航技术的交叉领域。
研究动机：现有基于可见光通信（VLC）的室内定位系统因图像处理计算成本高，普遍存在定位速度慢、精度不足的问题，难以满足实时导航需求（如室内机器人、停车场导航等）。此外，现有方案常需额外硬件支持，且缺乏对照明调光（dimming）和闪烁抑制（flicker mitigation）的支持。
研究目标：提出一种新型VLP解决方案，通过无闪烁线性编码方案（flicker-free line coding）和轻量级图像处理算法，实现高精度、高速度的室内导航，同时兼容调光功能。

三、研究流程与方法

1. 系统架构设计

研究构建了由VLP灯具和智能手机组成的硬件系统（图1）：
- 发射端（VLP灯具）：每个灯具嵌入8位微控制器（MCU），将唯一标识符（UID）编码为适合光传输的码字，通过LED驱动模块调制光信号（OOK强度调制）。
- 接收端（智能手机）：利用手机滚动快门CMOS摄像头捕获光信号生成的条纹图像（fringe image），通过图像处理提取比特流并解码UID。

2. 关键技术实现

（1）无闪烁线性编码方案
- 问题：传统曼彻斯特编码（Manchester code）效率低（仅0.5比特/符号），且无法兼顾调光需求。
- 创新方案：采用交织五取二码（Interleaved Two of Five, ITF），将十进制数字对编码为宽/窄条纹组合（图3）。例如，数字“5”和“7”分别由5条暗条纹和5条亮条纹表示，其中2条为宽条纹（逻辑“1”），3条为窄条纹（逻辑“0”）。
- 优势：
- 传输效率提升至0.664比特/符号（高于曼彻斯特码）。
- 通过调整宽/窄条纹宽度（公式1），支持任意调光比例（dimming ratio）。
- 25 kHz调制频率避免人眼可感知的闪烁（>200 Hz即安全）。

（2）轻量级图像处理算法
- 流程（图4）：
- 图像二值化：将原始图像（图4a）转为黑白二值图（图4b），突出LED信号区域。
- 条纹区域定位：通过垂直/水平像素累加快速确定条纹边界（图4c）。
- 条纹提取与解码：计算垂直平均强度，生成线性样本流，按ITF规则解码（图4d）。
- 优化：相比Luxapose系统的六步复杂算法（耗时9秒），本方案仅需22.7–35.7毫秒，适合手机端实时处理。

3. 实验验证

（1）实验设置
- 环境：20个直径17.5 cm的LED灯具安装于天花板（间距1.65米，高度2.8米）。
- 设备：OnePlus 2智能手机（5MP前置摄像头，1280×960分辨率）。

（2）测试内容
- 定位精度：在100个随机位置测试，统计误差累积分布函数（CDF）。
- 定位速度：测量图像处理与位置估计时间。
- 解码成功率：考察垂直距离（0.5–2.5米）和调光比例（20%–80%）的影响。

四、主要研究结果

1. 定位精度：

   • 手机水平放置时，平均误差7.5 cm，上限10.7 cm（图6a）。
     
   • 倾斜10°时误差增至33 cm（图6b），需结合陀螺仪补偿。
     

2. 定位速度：

   • 单灯具处理时间22.7 ms，双灯具35.7 ms（90%案例<48 ms），支持18 km/h移动速度。
     

3. 解码成功率：

   • 垂直距离<1.3米时成功率100%，1.8米时降至90%（图8）。
     
   • 调光比例为50%时成功率最高（94%），极端调光（<20%或>80%）会显著降低成功率（表II）。
     

五、研究结论与价值

科学价值：
- 提出首个同时支持高精度（7.5 cm）、高速度（18 km/h）、调光兼容和无闪烁的VLP系统。
- 创新的ITF编码方案解决了照明与通信的冲突，轻量级算法突破了手机算力限制。

应用价值：
- 可应用于室内机器人、停车场导航、大型场馆行人导览等场景。
- 安卓原型系统（图7）已验证其实际可行性。

六、研究亮点

1. 方法创新：ITF编码与快速图像处理算法的结合，显著提升性能指标。
   
2. 技术整合：首次在VLP中实现调光支持与无闪烁传输。
   
3. 工程实践：仅需商用手机，无需额外硬件，降低成本与复杂度。
   

七、其他补充

未来工作将扩展至三维导航（如无人机定位）。研究得到中国国家自然科学基金（61401176等）、广东省科技计划（2014B010120002等）资助。