[發明專利]一種具有數據通信和手勢動作識別功能的光相機通信系統

有效

• 申請號: 202010271623.8
• 申請日: 2020-04-08
• 公開（公告）號: CN111525958B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 何晶;黃崢
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/60;G06V40/20;G08C23/04
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本發明公開了一種具有數據通信和手勢動作識別功能的光相機通信系統。發送端采用8×8的LED陣列發送OOK信號，經過自由空間傳輸，接收端通過手機前置攝像頭進行圖像數據接收。在數據通信期間，用戶手指在8×8的LED陣列和手機前置攝像頭之間進行手勢動作。接收端采用手機前置攝像頭接收圖像數據后，將接收的圖像分割成兩部分，分別用于OOK信號的解調和用戶手勢動作識別。此外，通過采樣、閾值判決、解映射實現OOK信號的解調。根據預定義的手勢動作識別庫實現手勢動作的識別。本發明提出的具有數據通信和手勢動作識別功能的光相機通信系統，原理簡單、成本低，易于實現，可同時實現通信和手勢動作識別，具有實用價值。

(一)技術領域

本發明屬于光無線通信領域中一種具有數據通信和手勢動作識別功能的光相機通信系統。

(二)背景技術

發光二極管(Light-Emitting Diode,LED)具有壽命長、照明效率高、節能等優點，使其逐漸成為主要的照明光源，并可能在將來取代傳統的白熾燈。隨著互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS) 工藝的發展，如今CMOS圖像傳感器廣泛集成在智能手機、平板電腦等其它智能終端上。LED和CMOS圖像傳感器的廣泛使用吸引了大量對光相機通信 (Optical Camera Communication，OCC)的研究，OCC系統不需要額外的設備即能實現通信，具有系統簡單、成本低的優點。

隨著5G及物聯網的發展，人們對設備的智能化控制要求逐漸增長。動作識別(Motion Detection，MD)是近年來的一大研究熱點，其應用范圍十分廣泛，其中包括設備控制的應用。利用運動識別技術控制設備，可以讓用戶在無需接觸設備的情況下實現對設備的控制。但當前運動識別的實現依賴于高靈敏度的感應設備，并且使用成本高。

本發明在光相機通信系統中，利用其發送端LED燈發出的光線反射至用戶手指，用戶手指進行手勢動作，通過接收端的手機前置攝像頭感知，從而實現手勢動作識別的功能。同時，發送端LED燈可以發送OOK信號，通過接收端的手機前置攝像頭接收后進行信號處理解調恢復出OOK信號。該系統使用手機的前置攝像頭作為接收端，同時實現數據通信和手勢動作識別的功能。在不需要增加額外的硬件設備和保證系統成本的情況下，采用預定義的手勢動作識別庫的方法實現高準確率的手勢動作識別，并進行數據通信，具有創新性的實用價值。

(三)發明內容

本發明在光相機通信系統中，提出了一種即可以實現數據通信，又可以進行手勢動作識別的方法，成本低，易于實現。

為了達到上述目的，本發明采用的具有數據通信和手勢動作識別功能的光相機通信系統方案如下：

步驟1.將要傳輸的數據調制成OOK信號，依次映射至一個8×8的LED陣列并發送OOK信號；

步驟2.經過自由空間傳輸，接收端通過手機前置攝像頭進行圖像數據接收；

步驟3.在數據通信期間，用戶手指在8×8的LED陣列和手機前置攝像頭之間進行手勢動作。LED發出的光經由手機屏幕的反射至用戶手指，使得用戶手指邊緣被照亮。在手指移動的過程中，保持手指距離手機屏幕水平面的距離不超過 10cm，以保證手指在手機的前置攝像頭的接收范圍內；

步驟4.在接收端，采用手機前置攝像頭接收圖像數據后，將接收的圖像進行圖像分割分成兩部分，分別用于OOK信號的解調和用戶手勢動作識別；

步驟5.對于OOK信號的解調，采用對手機前置攝像頭接收的LED陣列圖像進行采樣、閾值判決、解映射恢復出OOK信號；

步驟6.對于用戶手勢動作識別，采用對手機前置攝像頭接收的手勢動作圖像，經過質心點坐標計算、質心點運動方向估計、有效運動方向提取、基于預定義的手勢動作識別庫匹配進行手勢動作的識別。

本發明的有益效果為：