[發明專利]面陣光電傳感器輸出信號的移動跟蹤方法

無效

• 申請號: 200710171656.X
• 申請日: 2007-12-03
• 公開（公告）號: CN101170359A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 樊凌濤
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: H04B10/06
• 分類號: H04B10/06;H04B10/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于光無線通信領域，特別涉及光接收機面陣光電傳感器輸出信號的一種移動跟蹤方法。

背景技術

光通信系統的接收機主要由光學系統、光電探測器和信號處理電路組成。光學系統收集、過濾空間的光信號，使其匯聚在光電探測器上；光電探測器將光信號轉換為電信號輸出到信號處理電路；信號處理電路進行相應的放大、濾波、檢測、解調、解碼等最終形成接收數據。在這樣的光通信系統中光接收機通常用的是單元光電探測器，信號輸出只有一路。

采用面陣/線陣光電傳感器的光接收或探測裝置，一般應用于圖像采集系統，如數碼照相機、數碼攝像機、光電掃描儀等；采用多元光電傳感器的光接收機，一般應用于光電定位、測量、跟蹤設備，如激光準直儀和導引系統的四象限光電探測器等。面陣光電傳感器是由大量像元組成的傳感器，每一個像元除了包含一個光電轉換器外，還有它的外圍電路，如同CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器那樣，其像元的排列一般為矩形。面陣傳感器的輸出方式一般是取樣輸出，輸出的是離散模擬信號。多元光電傳感器是由多個獨立的光電轉換器單元組成的傳感器，單元數量一般不會太多，光電轉換器的排列根據應用也呈不同形狀。多元光電傳感器的輸出方式一般是連續的并行模擬信號。

在本專利中并不特意區分面陣與多元傳感器，最小組成單位都稱為像元。

光無線通信最常見的技術是用于便攜設備近距數據交換的IrDA(國際紅外數據協會)點對點紅外通信標準，所用的光接收器件是單元光電轉換器，接收和發射視場比較大。在這種情況下，通信過程中終端之間的有限度地相對移動不會造成通信中斷。發射光源只要在接收機的視場內，光電轉換器都可以獲取并輸出信號。

但是，當使用面陣/多元光電傳感器作為光接收機的探測器時，為了滿足高速通信的要求，只選擇響應了通信光信號的像元輸出，當收發機之間存在移動時，響應通信光源的像元位置隨之而變，因此必須具有跟蹤輸出像元的能力，以保證通信不被中斷，否則實用性將受到比較大的限制。在實際應用中，室內通信終端主要是便攜設備，如筆記本電腦、PDA(個人數字助理)、手機等。在通信過程中它們的移動一般是限于室內范圍的有限度的移動，或者在固定位置上手持時存在的晃動。通信光源應該始終處于光學系統的視場之內。

涉及面陣/多元傳感器輸出的跟蹤技術有幾種類型。一種是視頻信號壓縮/解壓縮標準中使用的運動估計技術。其目的是為了提取視頻信號幀與幀之間的相關信息，確定參考幀，以實現高效壓縮。這種估計完全基于圖像信息，將圖像劃分為宏塊，追蹤宏塊的移動，這與硬件方面相關的圖像傳感器的輸出方式沒有特別關系，屬于視頻處理技術，無法滿足選擇性輸出的跟蹤。另外一種是基于四象限探測器的定位/跟蹤技術，這種技術根據光斑投射在光電探測器四個象限上的位置不同導致的輸出幅度不同，計算光斑相對中心位置的偏移，從而進行調整，使光斑投射到四象限探測器的中心。但這種技術依賴于探測器的規格，不存在選擇性。還有一種是數碼相機的防抖動技術。在按下快門的時刻，抖動會造成像在傳感器上的移動，從而引起輸出圖像模糊。抗抖動的方法之一是附加一個加速度傳感器檢測快門按下時相機的位移，根據加速度信號調整光軸使圖像傳感器上的像保持相對不動。這種技術適應于單次、慢速、小范圍的移動處理。

上述三種技術針對不同的應用都非常成熟有效，但均無法直接用于實現高速可見光通信的面陣光電接收機上。

發明內容

本發明的目的是在以面陣傳感器為探測器的光接收機中，實現選擇性地輸出，并在收發機之間有相對移動的情況下跟蹤輸出。

本發明的主要特征是接收機采用面陣光電傳感器，面陣光電傳感器的部分像元響應有用的通信光信號，接收機選擇其中一些或全部像元作為輸出。同時，定義其中處于通信光光斑邊緣的像元作為定位像元，當接收機或者發射機移動時，通過對比定位像元輸出的信號幅度，估計出通信光斑移動的方向和位置，將輸出選擇切換到新位置的像元上。

在光無線通信系統中，光源相對而言可看作是點光源，比如LED就是最常用的點發射光源，無論是什么波段，通過光學系統成像于面陣傳感器上后，直射光都顯示為比較規則的光斑。當面陣傳感器的分辨率比較高時，光斑往往會覆蓋幾十個甚至幾百個像元。這些像元中的光電轉換器都會對照射的光信號做出反應。接收機通過識別它們的位置，選擇其中部分像元或者全部像元的響應作為輸出。當發射光源以及光接收機都不移動，也不需考慮光信道中其它物體的影響時，這種輸出位置不會改變。但是，只要收發機任何一方有移動，甚至只是抖動，就會造成通信光源成像光斑的位移，由此導致響應通信光的像元改變。如果此時不能快速切換輸出，就會發生通信中斷。