[发明专利]一种基于频率约束的相机与屏幕通信方法

说明书

一种基于频率约束的相机与屏幕通信方法，包括：基于频率约束模板对初始频域幅值图进行频率约束，获取能够传递信息的频域幅值图；将各帧亮度分量和色差分量重新合成视频序列，获取翻拍视频，再次提取帧序列进行图像的旋转和剪切操作，得到处理后的视频序列；对处理后的视频序列进行各帧亮度分量的分离，对每帧亮度分量进行分块离散余弦变换和取模运算，得到待提取视频序列中每块Y分量频域幅值图；通过能量统计直方图从每块Y分量频域幅值图中提取幅值和曲线的拟合信息，作为检测特征向量，并输入SVM得到分类检测器，利用分类检测器对测试序列检测，提取传递信息。本发明检测距离远，降低对周围实验环境的要求，在实际生活中有其一定应用价值。

技术领域

本发明涉及无线链路的设备对通信领域，尤其涉及一种基于频率约束的相机与屏幕通信方法。

背景技术

日常生活中，屏幕被用来传达丰富的视觉信息。与此同时，随着智能手机在捕获视频方面的飞速发展，屏幕相机通信技术出现在各种应用程序中，并成为近年来的热点研究课题。屏幕相机通信的研究工作开始于直接可见的条码和屏幕上的标记。PixNet^[1]正交频分复用数字多载波调制方法(OFDM)调制出高吞吐率的2D条形码并优化大容量液晶显示器通信。COBRA^[2]在实时相机与相机通信场景中改进了彩色条形码系统，提高了由运动模糊引起的解码准确度。静态条形码技术现在被广泛使用。例如，超市中的所有产品都标记有条形码以表示其属性和信息。另一个常见的情况是邮件上的条形码，它可以跟踪物品信息。此外，可进行屏幕相机通信的可视码的另一突破是隐写术和水印技术的出现^[3]，其将空间码(如二维码)嵌入在图像中，但对于人眼仍然可见，比如：微信上的名片。

最近的研究往往集中于建立隐形的屏幕相机通信系统，在通信系统中将光谱用作多信道，并趋向于提供高准确率和不可见的屏幕相机通信系统。VR^[4]用了这种技术，利用只有混合颜色才能被人眼感知这一事实，将高频红色和绿色光在相机和相机之间进行通信，并且是人眼无法感知。

InFrame++^[5]这篇文章利用人类视觉系统的闪烁融合特性嵌入数据，它依赖于高的屏幕刷新率和相机捕获帧率实现视觉的不可感知。HiLight^[6]文章通过轻微像素半透明度变化来传递信息。High-rate^[7]利用高屏幕刷新率和相机捕捉速率在空间和时间域均嵌入信息提高了系统的吞吐量。

上述几种方法的检测距离均在1米以内，对光感知的有效性使得上述方法存在短距离通信的弊端，同时普通屏幕的刷新率仍在60HZ，短距离和高刷新率的要求限制了技术在实际应用中的发展。因此提出适用于远距离和低刷新率的强鲁棒通信方法是非常有必要的。

发明内容

本发明提供了一种基于频率约束的相机与屏幕通信方法，本发明实现了远距离和低屏幕刷新率的通信，详见下文描述：

一种基于频率约束的相机与屏幕通信方法，所述相机与屏幕通信方法包括以下步骤：

1)基于频率约束模板对初始频域幅值图进行频率约束，获取能够传递信息的频域幅值图；

2)将传递信息的频域幅值图通过反离散余弦变换操作得到亮度分量Y，各帧亮度分量Y和色差分量U、V重新合成视频序列，获取翻拍视频，再次提取帧序列进行图像的旋转和剪切操作，得到处理后的视频序列；

3)对处理后的视频序列进行各帧亮度分量的分离，对每帧亮度分量进行分块离散余弦变换和取模运算，得到待提取视频序列中每块Y分量频域幅值图；

4)通过能量统计直方图从每块Y分量频域幅值图中提取幅值和曲线的拟合信息，作为检测特征向量，并输入SVM得到分类检测器，利用分类检测器对测试序列检测，提取传递信息。

在步骤1)之前，所述方法还包括：