[發明專利]一種用于可見光成像定位的條紋識別和信息檢測方法

有效

• 申請號: 201710132035.4
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN107169952B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張曉娜;江明;李正鵬;區志行;張朝婷
• 申請（專利權）人: 廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;廣州極匯信息科技有限公司;中山大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;H04B10/116
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明提供一種用于可見光成像定位的條紋識別和信息檢測方法，該方法在接收機CMOS傳感器前面放置一層減光材料來產生清晰的明暗條紋圖像；從得到的明暗條紋圖片中，獲取有效的條紋區域；將得到的條紋區域轉換為灰度圖像，對灰度圖像進行處理得到明暗條紋所對應的總像素行數；根據S3中得到的明暗條紋所對應的總像素行數計算得到灰度圖像的估計行數值，利用該估計行數值計算出估計的FSOOK信號頻率。提高了經FSOOK調制的可見光信號所產生的明暗條紋的清晰度，避免了明暗條紋圖片中的高光干擾問題，具有較好的信息檢測性能，從而可增加正確解調可見光信號的距離，同時還具有很低的實現復雜度。

技術領域

本發明涉及可見光定位技術領域，更具體地，涉及一種用于可見光成像定位的條紋識別和信息檢測方法。

背景技術

采用帶有CMOS圖像傳感器(CIS)的手機接收LED光信號，可形成明暗條紋圖片，實現低速率信息傳輸。閃爍的LED光信號要在成像平面上形成明暗條紋圖片，要求CMOS圖像傳感器采用卷簾式快門。現有的可見光通信(VLC)系統如圖1所示，發射機采用開關鍵控(OOK)調制驅動的LED光源，接收機采用卷簾式快門CMOS圖像傳感器形成明暗條紋圖片，再通過對明暗條紋圖片的圖像處理來獲取OOK光信息。圖1所提出的系統和解碼方法在短距離通信(幾十厘米)和無背景環境光干擾的環境下獲得了一定的性能。但是，如果圖1提出的系統和方法應用在2米以上的通信距離和有背景環境光干擾的應用場景中，其性能將無法滿足成功解調信號的要求。

現有技術中還有一種可見光信號傳輸解碼方法(如圖2所示)，其基本思想是發射端采用LED光源燈具以不同的頻率進行閃爍，接收端采用CMOS圖像傳感器獲取閃爍光信號形成不同明暗條紋寬度的條紋圖片。條紋圖片的明暗條紋寬度取決于LED光源的閃爍頻率。發射機通過頻移開關鍵控(FSOOK)調制驅動LED燈具順序發出閃爍頻率信息，每一種頻率代表若干位比特的數據。接收端的CMOS圖像傳感器采用等間隔時間拍照獲取若干幅明暗條紋圖片，然后對明暗條紋圖片進行條紋數目檢測。由于不同的條紋數目代表不同的閃爍頻率，進而解碼出二進制數據。圖2提出的這種檢測圖片條紋數目的方法，其可靠性并不理想，而且如果CMOS圖像傳感器與LED光源(閃爍頻率保持不變)之間的距離發生變化后，有效光源區的條紋數目會發生變化，并不能得到條紋數目與LED閃爍頻率之間的對應關系。

此外，現有技術中還有一種采用具有卷簾式快門的CMOS圖像傳感器檢測LED閃爍頻率的算法。其基本思想是獲取光源區條紋圖片，將條紋圖片轉換成灰度圖像，然后對條紋圖片每一行的像素計算平均灰度值，將灰度平均值進行離散傅立葉變換(DFT)得到頻率響應，然后檢測頻率響應除低頻分量以外的峰值所對應的值K，用總行數除以K得到明暗條紋寬度的像素行數ROW_N，最后用CMOS圖像傳感器的行掃描頻率除以ROW_N得到LED的閃爍頻率。不過，該方法是在無高光干擾的理想環境中提出的，如果LED光源周圍有其他高光光源，有可能會導致條紋截取算法的誤操作，造成條紋有效區域面積的擴大，從而增大LED檢測頻率誤差，甚至無法檢測。該算法雖然是一種魯棒性較高的檢測算法，但是由于采用DFT運算，對接收機的運算性能有一定的要求。其次，由于條紋的形成受到CMOS圖像傳感器的硬件和LED燈具發射光功率等眾多因素的限制，使得條紋的清晰度在較遠的距離容易被破壞。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的可靠性不夠理想或計算復雜度較高的缺點，提出了一種高可靠性、低復雜度的明暗條紋信息檢測方法。

為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種用于可見光成像定位的條紋識別和信息檢測方法，該方法用于采用FSOOK調制的LED發射機，且LED燈具安裝有燈罩和基于CMOS圖像傳感器的接收機所組成的可見光通信系統，包括以下步驟：

S1：在接收機CMOS傳感器前面放置一層減光材料來產生清晰的明暗條紋圖像；

S2：從得到的明暗條紋圖片中，獲取有效的條紋區域；