[发明专利]用于可见光成像定位的条纹识别和信息检测算法

说明书

本发明提供一种用于可见光成像定位的条纹识别和信息检测算法，本发明应用在在采用FSOOK调制的LED发射机，且LED灯具安装有灯罩和基于CMOS图像传感器的接收机所组成的可见光通信系统中，在接收机CMOS传感器前面放置一层减光材料来产生清晰的明暗条纹图像；从得到的明暗条纹图片中，获取有效的条纹区域；将得到的条纹区域转换为灰度图像，对灰度图像先后进行自相关、差分处理得到灰度图像的估计行数值；利用该估计行数值计算出估计的FSOOK信号频率。提高了经FSOOK调制的可见光信号所产生的明暗条纹的清晰度，避免了明暗条纹图片中的高光干扰问题，具有较好的信息检测性能，从而可增加正确解调可见光信号的距离，同时还支持更宽的调制频率范围。

技术领域

本发明涉及可见光定位技术领域，更具体地，涉及一种用于可见光成像定位的条纹识别和信息检测算法。

背景技术

采用带有CMOS图像传感器(CIS)的手机接收LED光信号，可形成明暗条纹图片，实现低速率信息传输。闪烁的LED光信号要在成像平面上形成明暗条纹图片，要求CMOS图像传感器采用卷帘式快门。现有的可见光通信(VLC)系统如图1所示，发射机采用开关键控(OOK)调制驱动的LED光源，接收机采用卷帘式快门CMOS图像传感器形成明暗条纹图片，再通过对明暗条纹图片的图像处理来获取OOK光信息。图1所提出的系统和解码方法在短距离通信(几十厘米)和无背景环境光干扰的环境下获得了一定的性能。但是，如果图1提出的系统和方法应用在2米以上的通信距离和有背景环境光干扰的应用场景中，其性能将无法满足成功解调信号的要求。

现有技术中还有一种可见光信号传输解码方法(如图2所示)，其基本思想是发射端采用LED光源灯具以不同的频率进行闪烁，接收端采用CMOS图像传感器获取闪烁光信号形成不同明暗条纹宽度的条纹图片。条纹图片的明暗条纹宽度取决于LED光源的闪烁频率。发射机通过频移开关键控(FSOOK)调制驱动LED灯具顺序发出闪烁频率信息，每一种频率代表若干位比特的数据。接收端的CMOS图像传感器采用等间隔时间拍照获取若干幅明暗条纹图片，然后对明暗条纹图片进行条纹数目检测。由于不同的条纹数目代表不同的闪烁频率，进而解码出二进制数据。图2提出的这种检测图片条纹数目的方法，其可靠性并不理想，而且如果CMOS图像传感器与LED光源(闪烁频率保持不变)之间的距离发生变化后，有效光源区的条纹数目会发生变化，并不能得到条纹数目与LED闪烁频率之间的对应关系。

此外，现有技术中还有一种采用具有卷帘式快门的CMOS图像传感器检测LED闪烁频率的算法。其基本思想是获取光源区条纹图片，将条纹图片转换成灰度图片，然后对条纹图片每一行的像素计算平均灰度值，将灰度平均值进行离散傅立叶变换(DFT)得到频率响应，然后检测频率响应除低频分量以外的峰值所对应的值K，用总行数除以K得到明暗条纹宽度的像素行数ROW_N,最后用CMOS图像传感器的行扫描频率除以ROW_N得到LED的闪烁频率。不过，该方法是在无高光干扰的理想环境中提出的，如果LED光源周围有其他高光光源，有可能会导致条纹截取算法的误操作，造成条纹有效区域面积的扩大，从而增大LED检测频率误差，甚至无法检测。该算法虽然是一种鲁棒性较高的检测算法，但是由于采用DFT运算，对接收机的运算性能有一定的要求。其次，由于条纹的形成受到CMOS图像传感器的硬件和LED灯具发射光功率等众多因素的限制，使得条纹的清晰度在较远的距离容易被破坏。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的可靠性不够理想或计算复杂度较高的缺点，提出了一种高可靠性、支持更宽的调制频率范围的明暗条纹信息检测方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种用于可见光成像定位的条纹识别和信息检测算法，该方法用于采用FSOOK调制的LED发射机，且LED灯具安装有灯罩和基于CMOS图像传感器的接收机所组成的可见光通信系统，包括以下步骤：

S1：在接收机CMOS传感器前面放置一层减光材料来产生清晰的明暗条纹图像；