스테레오 이미지 센서와 조명 LED를 이용하는 VLC 기반 실내위치 측위 :Indoor Positioning System Using Stereo Image Sensor based on VLC

문명근

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자료유형: 학위논문

저자정보: 문명근 (전남대학교, 전남대학교 대학원)

지도교수: 최수일

발행연도: 2015

저작권: 전남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

스테레오 이미지 센서와 조명 LED를 이용하는 VLC 기반 실내위치 측위

문명근 전자컴퓨터공학과 2015.01 학위논문

2014

스테레오 이미지 센서와 LED 조명을 이용한 실내 측위

문명근 , 최수일 한국통신학회논문지 2014.11 학술저널

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최근 다양한 문화시설 및 복합건물의 등장으로 인해, 사용자의 실내 위치 정보를 기반으로 응용서비스를 제공하는 맞춤형 서비스에 대한 요구가 확산되고 있다. 이에 따라 스마트 기기를 이용하여 위치 정보를 추정하는 시스템에서 주로 사용되는 GPS는 위성과 통신할 수 없는 실내에서 사용할 수 없다는 단점이 있고, 기존의 RF를 이용하는 경우는 높은 측위 정밀도와 낮은 거리 오차를 제공하지만 측위를 위해 사용되는 인프라의 구축비용이 높다는 단점이 있다.
친환경적인 측면으로 LED 조명 제품은 대체 조명으로 각광받고 있고 광범위한 인프라 구축을 형성하고 있다. 가시광 통신은 이러한 조명 LED의 인프라를 이용해 무선 통신 서비스를 제공하는 기술이다. 가시광 통신은 기존의 RF와 간섭을 받지 않으며, 데이터의 무결성, 주파수 사용 무규제 등의 장점으로 기존의 측위 시스템의 문제점을 해결하고, 실내공간에서 위치 기반 서비스를 제공하는데 적합한 기술로 평가 받고 있다.
본 논문에서는 조명용 백색 LED를 이용한 가시광 통신을 기반으로 하는 다양한 실내 측위 기술 중에서 이미지센서를 활용한 고성능의 실내 측위 알고리즘과 시스템을 개발한다. 먼저 백색 LED를 이용한 조명 특성과 VLC 채널에 대해 분석함과 더불어 이미지센서를 사용하는 다양한 실내 측위 알고리즘을 살펴본다. 다음으로 3차원 연립 선형방정식을 기반으로 스테레오 이미지 센서와 LED 정보를 이용해 3차원 위치 정보와 z축 방위각 정보를 함께 제공하는 4-DOF 환경의 실내 측위 알고리즘을 제안한다. MATLAB 시뮬레이션을 통해 제안한 알고리즘의 성능을 분석한다. 다음으로 통신에 따른 조명의 플리커 방지를 위한 라인코딩과 모듈레이션 기술에 대하여 분석하고, PWM과 4B6B 블록코딩을 이용해 실내 측위 시스템을 개발한다. 개발 시스템의 실내 측위 성능을 평가함으로써 스테레오 이미지 센서와 VLC기반 고성능의 실내 측위 시스템의 활용 가능성을 보이고자 한다.

#visible light communication #optical camera communication #image sensor #LED #indoor positioning

제 1 장 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 2
제 2 장 LED 융합 가시광 통신과 실내 측위 관련 연구 3
1. 가시광 통신의 이해 3
가. 가시광 통신의 등장 배경 4
나. 가시광 통신의 특징 및 원리 5
다. IEEE 802.15.7a OCC Study Group 7
라. 가시광 LED 조명과 통신 채널에 대한 해석 8
1) 가시광 LED를 이용한 조명 8
2) 가시광 LED를 이용한 통신 채널 해석. 9
마. 가시광 통신 응용 위치 정보 제공 서비스 11
2. 실내 측위 관련 연구 13
가. 이미지 센서를 이용한 실내 측위 기법. 13
1) Collinearity condition 13
2) Geometric Relationship 15
가) Least Square Method(LSM) 17
나) Vector Estimation Method(VEM) 18
3) 이미지 센서와 PD기반 알고리즘 19
나. 이외의 다양한 실내 위치 기법 21
1) 삼각 측량 기법 21
가) TOA 21
나) TDOA 22
2) 핑커프린트(Finger print) 23
3) 칼만필터(Kalman Filter) 24
제 3 장 스테레오 이미지 센서와 VLC기반의 실내 측위 알고리즘 25
1. 연립 선형방정식 기반 실내 측위 25
가. 이동체의 방위각 28
나. 이동체의 실내 위치 측정 30
2. VLC 기반 실내 측위 시뮬레이션 32
가. 시뮬레이션의 조건 32
나. 제안한 방안의 시뮬레이션 성능 분석 34
제 4 장 VLC기반의 실내 측위 시스템 개발 37
1. LED 조명을 이용한 가시광 통신 요구사항 37
가. 플리커 방지를 위한 블록코딩 38
1) 4B5B & M-4B5B 38
2) 4B6B 39
나. 가시광통신의 라인코딩 40
1) PWM 40
2) PPM & VPPM 41
2. VLC 기반 실내 측위 송신 시스템 43
가. 송신기 블록 다이어그램 43
나. 송신기 회로도 44
3. 제안하는 알고리즘을 이용하는 수신기 설계 47
가. 이미지 센서를 사용하는 수신기의 블록 다이어그램 47
나. 이미지 처리를 통한 데이터 검출 과정. 48
4. 가시광통신 기반 실내 측위 시스템의 성능 분석 50
가. 실험 환경 50
나. 시스템의 성능 분석 52
제 5 장. 결 론 53
참 고 문 헌 54
Abstract 57

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