[發明專利]一種支持接收器晃動和用戶移動的光學相機通信解調方法

有效

• 申請號: 202011484264.0
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112671999B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 遲學芬;姜科宇;籍風磊;武敬;陳少琦;李帥
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H04N5/21
• 分類號: H04N5/21;H04N5/217;H04N5/225;H04N5/238;H04N5/357;H04M1/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋

本發明涉及一種支持接收器晃動和用戶移動的光學相機通信解調方法，該方法如下：獲取攜帶原始發送數據的LED條紋視頻，提取各幀條紋圖像；對條紋圖像進行灰度化、二值化處理并提取邊緣特征得到二值化條紋圖像；將二值化條紋圖像轉化為規則條紋圖像，然后對規則條紋圖像采用條紋面積解調方法進行恢復數據；所述的原始發送數據采用曼徹斯特編碼，數據包中包含有導頻信息。本發明可以忽視“開花效應”對數據產生的影響，更易抗環境噪聲，提高通信速率，解決多用戶拍攝位置的隨機性及晃動移動問題，擁有復雜度低，抗噪聲性能強等特點，更容易準確地恢復數據信號。

技術領域

本發明屬于可見光相機成像通信技術領域，涉及一種利用智能手機相機卷簾曝光特性拍攝光源所得的明暗條紋面積解決接收器晃動或者用戶移動的解調技術。

背景技術

隨著科學技術的不斷發展，智能手機應用于OCC(Optic Camera Communication)之上的技術也日趨成熟。CMOS采用的是卷簾快門(Rolling Shutter Mechanism)，卷簾曝光效應采用逐行曝光的方式，利用這一特性可以提高可見光成像通信的數據速率。每個時刻，CMOS圖像傳感器只有一行曝光，當圖像所有行都曝光結束后，再將不同時刻捕獲的所有行曝光的數據合并在一起形成圖像，這種逐行曝光方式使得在拍攝快速閃爍的LED燈具時，圖像出現明暗相隔的條紋，通過對圖像中明暗相隔的條紋解碼，可以傳遞若干位的信息，進而可實現可見光成像通信。研究表明，此類通信系統對于用戶位置以及局部的晃動相對敏感，然而在實際的操作過程中，用戶接收位置的隨機性以及拍攝過程中接收器的晃動或用戶移動都會帶來數據信息的不準確。此外，在OCC系統中，由于卷簾曝光逐行掃描特性，每個條紋對應的像素列數隨著系統比特速率的增大而減少，在利用常規的解調方法進行解調時，像素的列灰度平均值浮動隨著比特速率的增大而加劇，進而無法得到準確的數據信息。如當下的基于閾值的判別解調算法，其解調性能易受環境噪聲(如光照不均勻)以及上述所提及到的列灰度平均值浮動過大的影響，并且該解調方法并不能解決用戶處于隨機位置及晃動移動的問題；另外，當下基于條紋寬度的解調算法是通過計算條紋所占據的像素點數目進行判別，然而在實際的操作過程中，由于環境噪聲的存在并且每個條紋所占據的像素點數量極少，在高速率的情況下，極易受噪聲的干擾，因此并不能提高通信速度，以上所述的兩種主流解調方法，都是基于單點像素進行解調解碼，其誤碼率高，抗噪性能差。

國內外對于在OCC技術應用于實際場景中的研究以及針對用戶拍攝角度不同所提出的創新型的解調算法的研究較少，存在相應的技術空白。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種支持接收器晃動和用戶移動的光學相機通信解調方法，該方法可以忽視“開花效應”對數據產生的影響，更易抗環境噪聲，提高通信速率，解決多用戶拍攝位置的隨機性及晃動移動問題，擁有復雜度低，抗噪聲性能強等特點，更容易準確地恢復數據信號。

為了解決上述技術問題，本發明的支持接收器晃動和用戶移動的光學相機通信解調方法如下：

獲取攜帶原始發送數據的LED條紋視頻，提取各幀條紋圖像；對條紋圖像進行灰度化、二值化處理并提取邊緣特征得到二值化條紋圖像；將二值化條紋圖像轉化為規則條紋圖像，然后對規則條紋圖像采用條紋面積解調方法進行恢復數據；所述的原始發送數據采用曼徹斯特編碼，數據包中包含有導頻信息。

對規則條紋圖像采用條紋面積解調方法進行恢復數據的方法如下：對規則條紋圖像進行規則條紋區域標記處理，獲得每一個亮條紋面積；根據最小單位面積確定所有數據為‘1’的信息；采用反二值化方法將暗條紋轉變為亮條紋，同理確定數據為‘0’的信息；將所有數據為‘1’的信息和數據為‘0’的信息按順序進行穿插排列，得到每幀條紋圖像對應的數據信息；判斷導頻信息位置，解碼恢復原始發送數據。

所述亮條紋面積和暗條紋面積的確定方法如下：