[发明专利]基于多色可见光技术的成像通信系统及方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于多色可见光技术的成像通信系统及方法，所述系统包括发送端及接收端，所述发送端包括调制模块及LED模块，所述LED模块包括多种不同颜色的LED灯芯；所述接收端包括解调模块及CMOS摄像头，CMOS摄像头接收发送端发送的可见光信号；所述调制模块将原始数据依次进行串并转换、编码、交织、调制、放大，驱动LED灯芯叠加传输；所述解调模块将每帧图像分解成多种颜色的图像，分别提取数据，再进行解码以及并串转换，得到原始数据。本发明实施例通过对多种颜色的LED灯芯以及采用多色解调技术联合检测以抑制不同颜色之间的干扰，解决了可见光成像通信速率低以及不同颜色光线之间存在干扰的问题，进而实现了多路发送信号的多色复用。

技术领域

本发明涉及可见光成像通信技术领域，尤其涉及一种基于多色可见光技术的成像通信系统及方法。

背景技术

传统可见光通信通常使用LED作为发送端，采用强度调制/直接检测的方法，利用光电检测器(Photo Detector，PD)来进行接收。实际中照明通常由一组LED或者LED阵列来完成，近年来，液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)也已普遍进入人们的生活中，随着手持(车载)终端的大量普及，利用终端上的相机等电荷耦合器件(Charge CoupledDevice，CCD)或CMOS成像器件来接收LED阵列或者LCD发出的信息进而完成通信的理念被提出并迅速发展。由于接收端是对相机收到的每帧图像进行处理，因此又被称为可见光成像通信。

2015年，台湾的Chow,C.W.团队利用CMOS摄像设备的卷帘门特性，实现可见光成像通信。“卷帘门效应”是CMOS传感器的一个特点，即在接收一帧图片时，有别于全局快门中一次捕捉一整张图片，CMOS传感器的卷帘快门将像素点逐行水平扫描激活，再整合成为一帧图片。两种快门方式的原理对比如图1(a)和图1(b)所示。

若LED的亮灭频率大于CMOS摄像头的帧速率，则可以在同一帧图片中捕捉到明暗光条纹。当发送端LED处于“亮”状态时，扫描行呈现亮条纹；反之当LED处于“灭”状态时，扫描行呈现暗条纹。通过在同一帧内捕捉明暗条纹，CMOS摄像头可获得高于帧速率的通信速率。完成一帧图片的扫描后，存在一段“读取时间周期”用于对一帧图片进行合成，在这段时间周期内，CMOS传感器为“盲的”，无法探测光信号。

Chow,C.W.团队据此实现了可见光的CMOS摄像头接收，并采用多种图像处理算法对接收图片进行优化后解调恢复原信号，最后达到速率为0.8Kb/s的数据传输，能基本满足室内定位、室内光标签信息接收等简单需求。

目前，现有的基于照相机的可见光成像通信，其快门的工作方式包括全局快门和卷帘快门。全局快门是通过整幅图片在同一时间曝光实现的。传感器的所有像素点同时收集光线，同时曝光。当预设的时间到了，传感器停止收集光线，并将曝光图像转成电子图像。在这个过程中，并没有实际意义上的快门存在。在曝光开始的时候，传感器开始收集光线；在曝光结束的时候，光线收集电路被切断，传感器读出即为一幅图片。这种快门方式的通信速率较慢，并受到摄像头成像帧速率的约束。基于CMOS“卷帘门效应”的卷帘快门是通过控制芯片逐行曝光的方式实现的。卷帘快门也没有实际意义上的快门，而是通过通断电控制传感器，使其不同部分在不同时间下对光的敏感度不同，逐行进行曝光，直至所有想读点都被曝光，这个过程所有的动作在很短的时间内完成，一般情况为1/48至1/60秒。由于卷帘快门采用的是逐行曝光的方式，假如物体或摄像头在拍摄期间处于快速运动状态，拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等任一种情况。这种现象就是摄像中常说的“果冻效应”。虽然卷帘快门有效的提高了可见光成像通信速率，但也只能简单满足室内定位、室内光标签信息接收等业务的需求。

然而，现有的可见光成像通信技术存在以下缺点：