一種采用led燈具mimo陣列架構(gòu)的可見光攝像機(jī)通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明面向LED可見光通信定位領(lǐng)域，提出了一種采用LED燈具多輸入多輸出 (Μ頂0)陣列架構(gòu)的可見光攝像機(jī)通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用帶有CMOS圖像傳感器(CIS)的手機(jī)接收LED光信號，可以通過檢測閃爍LED形 成的明暗條紋圖片，實現(xiàn)低速率信息傳輸。為使閃爍LED在成像平面上形成明暗條紋圖片， CMOS圖像傳感器應(yīng)采用卷簾式快門。有技術(shù)提出了一種可見光通信系統(tǒng)如圖1所示，其發(fā)射 機(jī)采用開關(guān)鍵控(00K)調(diào)制驅(qū)動的LED光源，接收機(jī)采用CMOS圖像傳感器形成明暗條紋圖 片，通過對明暗條紋圖片進(jìn)行圖像處理來解調(diào)00K信號?，F(xiàn)有技術(shù)1 "Christos Danakis， Mostafa Afgani,Gordon Povey, Ian Underwood and Harald Haas,"Using a CMOS Camera Sensor for Visible Light Communication，"2012 IEEE GL0BEC0M Workshops (GC Wkshps)，pp.l244-1248，December 2012."所提出的系統(tǒng)和解碼方法在短距離通信（幾 十厘米)和無背景環(huán)境光干擾的環(huán)境下，可以獲得一定的通信性能。但是，如果將現(xiàn)有技術(shù)1 提出的系統(tǒng)和方法應(yīng)用在實際常見的室內(nèi)照明環(huán)境中，即實現(xiàn)2-6米的通信距離且存在環(huán) 境光干擾時，其通信性能將變得很差，無法滿足實際應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)2"光信號解碼方法和裝置及系統(tǒng)：^103916185六[?].2014年07月."， "室內(nèi)導(dǎo)航方法、裝置和系統(tǒng)<1103940419六[?]，2014年7月."均提出了一種可見光信號傳 輸解碼方法。其基本思想是發(fā)射端采用LED光源燈具以不同的頻率進(jìn)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(fā)射機(jī)通過頻移開關(guān)鍵控(FS00K)調(diào)制驅(qū)動LED燈具順序 發(fā)出閃爍頻率信息，每一種頻率代表若干位比特的數(shù)據(jù)。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(jìn)行條紋數(shù)目檢測。由于不 同的條紋數(shù)目代表不同的閃爍頻率，進(jìn)而解碼出二進(jìn)制數(shù)據(jù)。其提出的可見光通信系統(tǒng)如 圖2所示。
[0004] 圖2所示的0CC系統(tǒng)采用了多幀明暗條紋圖片傳輸一組LED-ID信息，也就是用一幅 條紋圖片代表若干個比特的二進(jìn)制信息。然而，這種基于FS00K調(diào)制驅(qū)動的可見光攝像機(jī)通 信系統(tǒng)傳輸信息的速率很低，接收機(jī)對多幀條紋圖片的處理也較為復(fù)雜，并且需要等待所 有圖片解碼完成后才能得到完整的LIED-ID，因此不可避免地帶來一定的處理延遲，也對接 收機(jī)的連續(xù)拍攝和處理能力提出了較高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足），本發(fā)明基于多輸入多輸出 (ΜΙΜ0)技術(shù)的思想，通過對CMOS圖像傳感器的成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析，提供一種采用 LED燈具ΜΜ0陣列架構(gòu)的可見光攝像機(jī)通信系統(tǒng)，可以有效地提高信息傳輸速率。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] -種采用基于MBTO的LED燈具陣列架構(gòu)的可見光攝像機(jī)通信系統(tǒng)，包括：
[0008] 系統(tǒng)發(fā)射機(jī)采用包含多個LED燈芯的Μπω陣列結(jié)構(gòu)，其中每顆LED燈芯都配置一個 獨(dú)立的FS00K調(diào)制驅(qū)動的電源與LED燈芯相連，發(fā)射機(jī)配置一個LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制映射器與多 個FS00K調(diào)制驅(qū)動電源相連。為降低拍照時相鄰LED燈具所形成的條紋圖片互相交疊所造成 的干擾，每顆LED燈芯可采用獨(dú)立的反光罩。LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制映射器內(nèi)部預(yù)置有一個"信息 映射表"，LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制映射器根據(jù)信息映射規(guī)則將串行二進(jìn)制LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制成并行 的多個FS00K頻率信號，并將信號映射到多個獨(dú)立的LED電源上，驅(qū)動每顆燈芯以不同的頻 率進(jìn)行閃爍。為了保證接收機(jī)的CMOS圖像傳感器能夠形成多個明暗條紋圖像，多個LED的閃 爍頻率應(yīng)大于CIS的行掃描頻率，并小于幀頻率。
[0009]系統(tǒng)接收機(jī)采用具有卷簾快門機(jī)制(Rolling Shutter Mode)的CMOS圖像傳感器 對LED陣列光源進(jìn)行拍照，拍照時需要選取合適的曝光時間以防止曝光過度引起的高光噪 聲干擾。LED陣列光源會在CMOS圖像傳感器上形成多個不同明暗條紋寬度的條紋圖片，不同 的明暗條紋寬度代表不同的二進(jìn)制信息，其中一種寬度的明暗條紋圖片可定義為"幀頭起 始符"（Start Frame Delimiter，SFD)。接收機(jī)獲取了由多個條紋子圖形組成的完整圖片 后，對該圖片進(jìn)行解碼處理。圖片解碼的過程為，簡述如下：
[0010]第1步:將圖片進(jìn)行灰度化，轉(zhuǎn)換成灰度圖片；
[0011]第2步:對圖片進(jìn)行圖像分割，將一幅圖片中的多個條紋子圖形分離出來；
[0012]第3步:分別對多個條紋子圖形進(jìn)行解碼，獲取各個條紋子圖形的條紋數(shù)目，進(jìn)而 求出它們各自對應(yīng)的LED閃爍頻率；
[0013]第4步：從多個LED閃爍頻率中識別出SFD，據(jù)此重組多個條紋子圖形所代表的 FS00K信號，進(jìn)而恢復(fù)出一組LED-ID信息。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明基于多輸入多輸出 (ΜΙΜ0)技術(shù)的思想，通過對CMOS圖像傳感器的成像系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析，提供一種采用 LED燈具ΜΜ0陣列架構(gòu)的可見光攝像機(jī)通信系統(tǒng)，可以有效地提高信息傳輸速率。如果將此 系統(tǒng)應(yīng)用在可見光定位(VLP)領(lǐng)域，由于信息傳輸速率的提升，CMOS圖像傳感器只需對LED 燈具陣列拍攝一張圖片即可形成一組LED-ID標(biāo)簽信息，而不需要考慮多幀傳輸LED-ID的問 題，從而加快了解碼處理時間，更好地滿足實時性的定位要求。此外，本發(fā)明還可有效地解 決判定定位對象的運(yùn)動方向問題。
【附圖說明】
[0015] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)1所提出的可見光攝像機(jī)通信(0CC)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)2所提出的可見光通信系統(tǒng)示意圖。
[0017] 圖3是圖片處理的解碼檢測步驟流程圖。
[0018] 圖4是采用2*2MBTO的LED燈具陣列架構(gòu)的可見光攝像機(jī)通信系統(tǒng)圖。
[0019]圖5是CIS拍攝的2*2MBTO LED燈具陣列所形成的具有4個明暗條紋圖形圖。
[0020] 圖6是系統(tǒng)判斷定位對象運(yùn)動方向示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制;為了更好說明本實施例，附 圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；
[0022] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解 的。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0023] -種采用基于MBTO的LED燈具陣列架構(gòu)的可見光攝像機(jī)通信系統(tǒng)，包括：
[0024]系統(tǒng)發(fā)射機(jī)采用包含多個LED燈芯的ΜΗ?陣列結(jié)構(gòu)，其中每顆LED燈芯都配置一個 獨(dú)立的FS00K調(diào)制驅(qū)動的電源與LED燈芯相連，發(fā)射機(jī)配置一個LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制映射器與多 個FS00K調(diào)制驅(qū)動電源相連。為降低拍照時相鄰LED燈具所形成的條紋圖片互相交疊所造成 的干擾，每顆LED燈芯可采用獨(dú)立的反光罩。LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制映射器內(nèi)部預(yù)置有一個"信息 映射表"，LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制映射器根據(jù)信息映射規(guī)則將串行二進(jìn)制LED-ID數(shù)據(jù)調(diào)制成并行 的多個FS00K頻率信號，并將信號映射到多個獨(dú)立的LED電源上，驅(qū)動每顆燈芯以不同的頻 率進(jìn)行閃爍。為了保證接收機(jī)的CMOS圖像傳感器能夠形成多個明暗條紋圖像，多個LED的閃 爍頻率應(yīng)大于CIS的行掃描頻率，并小于幀頻率。
[0025]系統(tǒng)接收機(jī)采用具有卷簾快門機(jī)制(Rolling Shutter Mode)的CMOS圖像傳感器 對LED陣列光源進(jìn)行拍照，拍照時需要選取合適的曝光時間以防止曝光過度引起的高光噪 聲干擾。LED陣列光源會在CMOS圖像傳感器上形成多個不同明暗條紋寬度的條紋圖片，不同 的明暗條紋寬度代表不同的二進(jìn)制信息，其中一種寬度的明暗條紋圖片可定義為"幀頭起 始符"（Start Frame Delimiter，SFD)。接收機(jī)獲取了由多個條紋子圖形組成的完整圖片 后，對該圖片進(jìn)行解碼處理。圖片解碼的過程如圖3所示，簡述如下：
[0026] 第1步:將圖片進(jìn)