[发明专利]一种基于移动终端的短距离可见光通信方法及其硬件系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉和模式识别技术领域，具体涉及一种基于移动终端的短距离可见光通信方法及其硬件系统。

背景技术

无线电频技术广泛应用于无线通信系统中，其具体应用分别有室内通信，手机WIFI、蓝牙甚至是地球卫星通信。21世纪初至今，移动设备的使用量的急剧提升导致了有限且昂贵的无线电频谱使用量的持续增大。直至2016年无线移动设备消耗的流量超过了有线设备，而在欧洲，用于公共设备的无线电频率已经超过了500MHZ，在未来还可能更高。

无线电频谱资源与需求的急剧增长之间的矛盾不能仅仅依靠现有的频谱分配来解决，因而催生了可见光通信技术——基于LED的亮度调节的技术。同时，LED可以实现高频通信，且广泛用于生活中的各种场合，在显示设备比如手机或者电脑，还可以分别调节像素数组中的单个元素来恢复传递的信息。

现在的移动终端已经有相当可观的能力检测信息。例如：可以用CMOS摄像头传感器捕捉可见光源传递的数据。对于移动终端传输信息的研究也不断发展并且多样化：为了提升传输速率，可以用三色LED(红蓝绿)来编码信息；为了定位参考LED，可采用基于霍夫变换的边缘检测方案。

现有的对传统移动终端的研究，仅仅是停留在移动终端与电脑或其他较大型设备之间的信息传输，并没有真正地深入普及应用到每个人地日常生活中，有一定的硬件限制，而且也并没有很好地缓解无线电频谱资源与需求的急剧增长之间的矛盾，为了充分利用移动终端的便携性以及适应当今社会人们的需求，极有比较提出一种更加轻便、简单的移动终端之间的可见光通信方法，更大化地利用移动终端本身的硬件系统，而且将在移动终端上运用图像处理的和模式识别的技术处理传输的图片，该系统的传输效率与准确度随着手机摄像头质量的提高而增大，具有很好的发展前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于移动终端的短距离可见光通信方法及其硬件系统，该方法实现简单、便利，通过两部移动终端之间的摄像头和屏幕实现短距离内的可见光通信。

根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种基于移动终端的短距离可见光通信方法，所述的短距离可见光通信方法包括下列步骤：

S1、一移动终端作为发送机和另一移动终端作为接收机组成一可见光通信的硬件系统；

S2、发送机发送导频信号并由接收机成功检测后，发送机和接收机建立同步链路；

S3、发送机将数字数据由二进制数据流转换生成数据图像，周期性地向接收机传输数据图像；

S4、接收机在动态环境中用其自带的摄像头捕捉在接收视场内的发送机发送的数据图像，检测识别数据图像，完成可见光数据的同步传输。

进一步地，所述的步骤S3具体如下：

S301、将输入发送机的数字数据被转换成相应的二进制流，如果输入的数据流过长，先分割成更小的数据流再转换二进制流；

S302、将每一串二进制流创建成由多个单元格组成的数据图像，其中每个单元格包含多个像素，在相同单元格里的像素被分配相同的灰度级；

S303、根据发送机和接收机的移动度，发送机通过把数据图像显示在屏幕上，周期性地向接收机传输数据图像。

进一步地，所述的步骤S302中将每一串二进制流通过单元格像素分配的方法创建成由多个单元格组成的数据图像，其中，所述的单元格像素分配的方法采用二值单元格、灰度单元格或三原色单元格。

进一步地，所述的移动度包括倾斜程度和旋转角度，其中，发送机或接收机的倾斜程度区间为【0°，75°】。

进一步地，所述的步骤S4具体如下：

S401、接收机用摄像头连续捕获视场内一幅幅的图像，并从包含背景的图像中识别分割出数据图像，采用快速鲁棒特征算法提取图像内的特征点，得到关键点，计算关键点的描述因子，通过欧氏距离比较得到匹配的关键点；

S402、用上一步骤匹配得到的关键点计算射影变换矩阵，再用接收机检测的数据图像矩阵除以射影变换矩阵，得到的结果矩阵作为新的接收机检测的数据图像矩阵；

S403、用最大类间差法计算图像的动态阈值T，完成对接收机检测的数据图像进行二值化的操作；

S404、接收机对二值化后的数据图像进行量化处理，得到最终的接收机检测的数据图像。

进一步地，所述的短距离可见光通信方法的数据传输速率如下:

R＝(FPS-1)×M×N×log₂K

其中，FPS是画面每秒传输帧数，M×N是生成的数据图像大小，K是在数据编码中所使用的颜色数量。