CN103957060B - 一种可见光接收装置及可见光通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可见光接收装置和可见光通信方法，其中可见光接收装置包括：光电检测器、数据处理模块、图像采集模块、信号采集模块和图像处理模块；图像采集模块，用于采集目标信源的图像；图像处理模块，用于获取目标信源的图像，对目标信源的图像进行处理，得到目标信源的位置，并依据目标信源的位置生成调整指令，调整指令用于指示图像采集模块和信号采集模块进行调整，以使图像采集模块和信号采集模块的中心点对准目标信源的中心点，使得本发明实施例提供的可见光接收装置可以依据目标信源的位置调整信号采集模块的中心点，这样信号采集模块的接收角度可以依据目标信源的位置进行调整，实现对目标信源的跟踪。

Description

一种可见光接收装置及可见光通信方法

技术领域

本发明涉及可见光通信技术领域，特别涉及一种可见光接收装置及可见光通信方法。

背景技术

可见光通信技术是利用可见光进行无线通信的技术，其工作原理是：利用电信号控制荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速闪烁信号来传输信息。在实现操作过程中可以将高速因特网连接在照明装置上，这样照明装置可以获得无线互联网连接，在该无线互联网的通信频率上以照明装置的闪烁发送脉冲，实现信息传送。

目前以可见光通信技术为通信基础的可见光接收装置包括光电探测器和接收端电路，其中光电探测器接收信源发射装置发送的光信号，将该光信号转换成电信号后，由接收端电路对电信号进行解调出原始信息。其中原始信息为信源发射装置传输的目标信源所发送的数据。

但是光电探测器的主要功能是将光信号转换成电信号，其不能获取目标信源的位置，且无法根据目标信源的运动调整接收角度，因此急需一种可获取目标信源位置并根据目标信源的运动调整接收角度的可见光接收装置。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种可见光接收装置和可见光通信方法，用于解决现有技术中可见光接收装置无法根据目标信源的运动调整接收角度的问题。技术方案如下：

本发明实施例提供一种可见光接收装置，包括光电检测器和与所述光电检测器连接的数据处理模块，所述可见光接收装置还包括：图像采集模块、信号采集模块和图像处理模块；

所述图像采集模块，用于采集目标信源的图像；

所述图像处理模块，用于获取所述目标信源的图像，对所述目标信源的图像进行处理，得到所述目标信源的位置，并依据所述目标信源的位置生成调整指令，所述调整指令用于指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点；

所述信号采集模块用于采集所述目标信源发送的光信号并发送给所述光电检测器。

优选地，所述图像采集模块的调节器件和所述信号采集模块的调节器件为同一个调节器件；

所述图像采集模块还包括：与所述调节器件相连的变焦镜头和与所述变焦镜头相连的电荷耦合元件CCD；

所述信号采集模块还包括：与所述调节器件相连的长镜头，所述长镜头的中轴线和所述变焦镜头的中轴线平行，且所述长镜头的中轴线和所述变焦镜头的中轴线之间的距离在10厘米内。

优选地，所述光电检测器的中心点对准所述长镜头的中心点。

优选地，所述长镜头的焦距至少为10倍焦距。

优选地，所述数据处理模块与所述图像采集模块相连，所述数据处理模块用于当所述可见光接收装置和所述目标信源之间的通信链路处于非正常状态时，发送重调整指令，所述重调整指令用于指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点。

优选地，所述数据处理模块还与所述图像处理模块相连，所述图像处理模块还用于在接收到预设固定图像后，发送通信结束指令至所述数据处理模块，其中所述预设固定图像用于指示信源发射装置和可见光接收装置之间的通信结束。

本发明实施例还提供一种可见光通信方法，应用于上述可见光接收装置中，所述方法包括：

通过所述图像采集模块采集目标信源的图像；

对所述目标信源的图像进行处理，得到所述目标信源的位置；

依据所述目标信源的位置生成调整指令，并基于所述调整指令指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点；

通过所述信号采集模块采集所述目标信源发送的光信号；

通过所述光电检测器将所述光信号转换为电信号，并由数据处理模块对所述电信号进行处理以解析出所述目标信源发送的原始信息。

优选地，基于所述调整指令指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，包括：

响应所述调整指令来调整所述图像采集模块和所述信号采集模块共用的调节器件。

优选地，所述方法还包括：当所述可见光接收装置和所述目标信源之间的通信链路处于非正常状态时，通过所述可见光接收装置中的数据处理模块发送重调整指令，所述重调整指令用于指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点。

优选地，所述方法还包括：

接收所述目标信源所在信源发射装置发送的预设固定图像；

在接收到所述预设固定图像后，指示所述可见光接收装置中的模块暂停工作。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

应用上述本发明实施例提供的可见光接收装置，首先通过可见光接收装置中的图像采集模块采集目标信源的图像；然后由图像处理模块对目标信源的图像进行处理，得到目标信源的位置，并依据目标信源的位置生成调整指令。其中该调整指令用于指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点，使得本发明实施例提供的可见光接收装置可以依据目标信源的位置调整信号采集模块的中心点，这样信号采集模块的接收角度可以依据目标信源的位置进行调整，实现对目标信源的跟踪。

并且当信号采集模块的中心点对准目标信源的中心点时，信号采集模块采集到的光信号受目标信源所在环境的光噪声的影响小于信号采集模块的中心点未对准目标信源的中心点时光噪声的影响，从而提高光信号的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的可见光接收装置的一种结构示意图；

图2是本发明实施例提供的变焦镜头和长镜头的位置关系示意图；

图3是本发明实施例提供的可见光接收装置的另一种结构示意图；

图4是本发明实施例提供的可见光接收装置的再一种结构示意图；

图5是本发明实施例提供的可见光通信方法的一种流程图；

图6是本发明实施例提供的可见光通信方法的另一种流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的一种可见光接收装置的结构示意图，采用编号10标记可见光接收装置，其可以包括：光电检测器11、数据处理模块12、图像采集模块13、信号采集模块14和图像处理模块15。其中，

图像采集模块13，用于采集目标信源的图像，目标信源用于发射光信号并且该目标信源所处可以位于信源发射装置中，以由信源发射装置将目标信源发射的光信号发送至可见光接收装置接收。信源发射装置具有自由行动的能力，可以根据实际需求调整与可将光接收装置的距离和方位。

目标信源发射的光信号被位于可见光接收装置中的信号采集模块14采集，然后信号采集模块14将采集到的光信号发送给光电检测器11。光电检测器11将光信号转换为电信号，该电信号由与光电检测器11相连的数据处理模块12接收并处理，其中数据处理模块12对电信号的处理与现有可见光接收装置中数据处理模块的处理过程相同，可以对电信号进行分析解析出原始信息。

图像处理模块15，用于获取目标信源的图像，对目标信源的图像进行处理，得到目标信源的位置，并依据目标信源的位置生成调整指令，调整指令用于指示图像采集模块13和信号采集模块14进行调整，以使图像采集模块和信号采集模块的中心点对准目标信源的中心点。

需要说明的一点是：图像采集模块13和信号采集模块14的调整是一个动态调整过程，每调整一次图像采集模块13需要采集一次图像，并由图像处理模块15重新计算目标信源的位置，直至图像采集模块13和信号采集模块14的中心点对准目标信源的中心点。

应用上述本发明实施例提供的可见光接收装置，首先通过可见光接收装置中的图像采集模块13采集目标信源的图像；然后由图像处理模块15对目标信源的图像进行处理，得到目标信源的位置，并依据目标信源的位置生成调整指令。其中该调整指令用于指示所述图像采集模块13和所述信号采集模块14进行调整，以使所述图像采集模块13和所述信号采集模块14的中心点对准所述目标信源的中心点，使得本发明实施例提供的可见光接收装置可以依据目标信源的位置调整信号采集模块15的中心点，这样信号采集模块14的接收角度可以依据目标信源的位置进行调整。

并且当信号采集模块14的中心点对准目标信源的中心点时，信号采集模块14采集到的光信号受目标信源所在环境的光噪声的影响小于信号采集模块14的中心点未对准目标信源的中心点时光噪声的影响，从而提高光信号的准确度。

进一步，为了便于对图像采集模块13和信号采集模块14的调节，图像采集模块13的调节器件和信号采集模块14的调节器件为同一个调节器件，这样可以实现一次对两个模块的同时调整。

并且图像采集模块13还包括：与调节器件相连的变焦镜头和与变焦镜头相连的CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)。其中变焦镜头可以通过变换焦距来改变拍摄范围，以得到不同宽窄的视场角，变焦镜头采集的信息进一步通过CCD处理。CCD又称为CCD图像传感器，其能够把光学影像转化为数字图像信号，该数字图像信号作为目标信源的图像，可以展示目标信源所处环境并从该图像中得出目标信源在图像中的位置以使图像采集模块13中的变焦镜头的中心点对准目标信源的中心点。

在本发明实施例中，信号采集模块14中用于采集目标信源的光信号的装置为：与调节器件相连的长镜头，长镜头的中轴线和变焦镜头的中轴线平行，如图2所示，长镜头141和变焦镜头131的中轴线平行，并且在设计过程中将长镜头的中轴线和变焦镜头的中轴线之间的距离设置在10厘米内，这样在采用CCD这一视场角较大的元件的前提下，当调整调节器件使变焦镜头131的中心点对准目标信源的中心点时，可以认为长镜头141的中心点也已对准目标信源的中心点。

其中调整调节器件的一种可行方式是：图像处理模块15接收到目标信源的图像后，根据目标信源在图像中的大小确定变焦镜头的焦距和角度，调整调节器件以使变焦镜头的焦距为确定的焦距，并调整所述变焦镜头的角度至确定角度使变焦镜头的中心点对准目标信源的中心点。例如：一帧图像由N个总像素组成，而目标图像在这一帧图像中占有K个像素，可以根据目标所占像素和总像素之比R＝K/N来量化焦距区间，在相应的区间内确定变焦镜头采用的相应焦距。

调整调节器件的另一种可行方式是：在一帧图像上建立坐标系，图像处理模块15计算出目标信源在图像上的相位反馈回调节器件，使调节器件根据该相位调整变焦镜头的角度和焦距。

其他可行方式则可以是：目标信源可以利用二维码的方式，设置几个锚点，当图像处理模块15能正确无误地采集到这些锚点的信息，则证明目标信源的中心点基本对准变焦镜头的中心点。此时图像采集模块13作为一个信息中转平台，可以包括：图像接收模块和图像发送模块，其中图像接收模块，用于接收目标信源发送的目标信源的图像，该目标信源的图像包括目标信源设置的几个锚点信息；相应的图像发送模块，用于发送目标信源的图像至图像处理模块15。

其中判断目标信源的中心点是否对准变焦镜头的中心点可以利用镜头的十字对准标志：通常不同类型的镜头都会有一个十字对准标志，当目标信源的中心点与镜头的十字对准标识的中心点对齐则意味着变焦镜头的中心点以对准目标信源的中心点。

应用上述技术方案，图像处理模块15可以根据目标信源的图像得到目标信源的位置，并依据目标信源的位置不断调整调节器件使变焦镜头和长镜头的中心点对准目标信源的中心点，实现对目标信源的追踪。

此外在本发明实施例中光电检测器11可以是一个PD(Photo Diode，光电二极管)，其中PD的表面与凸透镜的形状差不多，光信号照射到PD的光敏二极管会产生电流(即电信号)，为了保证最佳接收光信号，PD安装在长镜头的末端，且长镜头的中心线垂直于PD的表面，这样PD可以随长镜头一起移动以使得光电检测器11的中心点可以对准长镜头的中心点，这样光电检测器11接收到的光信号中的噪声降低，从而可以提高光信号的准确度。

而长镜头的焦距至少可以为10倍焦距，因为镜头具有较大倍数焦距时，镜头的视场相对表小，这样长镜头接收的光信号受周围环境的光噪声影响就会降低。并且根据光学成像原理，30-50米需要采用10倍焦距才能采集到光信号，因此为了提高可见光接收装置的通信距离，本发明实施例提供的可见光装置中长镜头的焦距至少为10倍焦距。

在本发明实施例中，数据处理模块12可以与图像采集模块13相连，如图3所示，其中数据处理模块12还用于当可见光接收装置和目标信源之间的通信链路处于非正常状态时，发送重调整指令，重调整指令用于指示图像采集模块13和信号采集模块14进行调整，以使图像采集模块13和信号采集模块14的中心点对准目标信源的中心点。

并且在本发明实施例中，数据处理模块12还可以判断可见光接收装置与信源发射装置之间的通信是否结束，如果结束则数据处理模块12向可见光接收装置中的其他模块发送通信结束指令，以指示其他模块暂停工作。

其中数据处理模块12判断可见光接收装置与信源发射装置之间的通信是否结束的一种可行方式是：在可见光接收装置和信源发射装置中预设设定一训练序列，该训练序列用于指示双方通信结束。当数据处理模块12从数据中解析出该训练序列，表明可见光接收装置和信源发射装置之间的通信结束。

在可见光接收装置和信源发射装置之间的通信结束后，数据处理模块12可以直接将通信结束指令发送给其他模块，也可以通过可见光接收装置中的其他模块发送给与其他模块相连的模块，如数据处理模块12将通信结束指令发送给图像处理模块15，再由图像处理模块15发送给图像采集模块13。

当然，判断通信结束还可以由图像处理模块15进行，例如信源发射装置和可见光接收装置之间预先设定一固定图像，该固定图像用于指示通信结束，当图像采集模块13接收到这一固定图像后，通过图像处理模块15发送通信结束指令至数据处理模块12以指示数据处理模块12暂停工作，如图4所示，其中图4所示示意图中各个箭头给出了各模块之间的信号走向。

与上述装置实施例相对应，本发明实施例在基于上述提供的可见光接收装置的基础上，还提供一种可见光通信方法，其流程图如图5所示，可以包括以下步骤：

101：通过图像采集模块采集目标信源的图像。

其中目标信源用于发射光信号并且该目标信源所处可以位于信源发射装置中，以由信源发射装置将目标信源发射的光信号发送至可见光接收装置接收。信源发射装置具有自由行动的能力，可以根据实际需求调整与可将光接收装置的距离和方位。

102：对目标信源的图像进行处理，得到目标信源的位置。

在本发明实施例中，得到目标信源的位置可以通过根据目标信源在图像中的大小确定，或者在一帧图像上建立坐标系，计算出目标信源在图像上的相位以该相位表示目标信源的位置。

103：依据目标信源的位置生成调整指令，并基于调整指令指示图像采集模块和信号采集模块进行调整，以使图像采集模块和信号采集模块的中心点对准目标信源的中心点。

在本发明实施例中，图像采集模块包括：调节器件、与调节器件相连的变焦镜头和与变焦镜头相连的CCD；信号采集模块包括：调节器件和与调节器件相连的长镜头，并且图像采集模块和信号采集模块共用同一个调节器件，因此在调整时可以依据调整指令调整调节器件。

在调整调节器件的过程中可以使变焦镜头和长镜头的角度和焦距发生变化，当变焦镜头的十字对准标识的中心点和目标信源的中心点对齐时，表示变焦镜头的中心点和目标信源的中心点对齐，此时停止调整。但变焦镜头仍会继续采集目标信源的图像，当图像处理模块判断出变焦镜头的中心点和目标信源的中心点不再对齐时，继续发送调整指令来调整调节器件。

由于图像采集装置中采用CCD这一视场角较大的元件，当调整调节器件使变焦镜头131的中心点对准目标信源的中心点时，可以认为长镜头141的中心点也已对准目标信源的中心点。

104：通过信号采集模块采集目标信源发送的光信号。

105：通过光电检测器将光信号转换为电信号，并由数据处理模块对电信号进行处理以解析出目标信源发送的原始信息。

此外，本发明实施例提供还提供的方法可见光通信方法的另一种流程图，如图6所示，在图5基础上，还可以包括以下步骤：

106：当可见光接收装置和目标信源之间的通信链路处于非正常状态时，通过可见光接收装置中的数据处理模块发送重调整指令，重调整指令用于指示图像采集模块和信号采集模块进行调整，以使图像采集模块和信号采集模块的中心点对准目标信源的中心点。

其中通信链路处于非正常状态包括多种情况，其中一种情况可能是图像采集模块和信号采集模块的中心点未对准目标信源的中心点所导致，因此本发明实施例通过重新调整图像采集模块和信号采集模块来解决这种情况导致的通信链路处于非正常状态带来的问题。

107：接收所述目标信源所在信源发射装置发送的预设固定图像。

108：在接收到所述预设固定图像后，指示所述可见光接收装置中的模块暂停工作。

其中预设固定图像是由信源发射装置和可见光接收装置之间设定，用于指示结束通信的图像，当可见光接收装置中的图像采集模块接收到预设固定图像后，发送给图像处理模块。图像处理模块通过分析得到所接收到的图像为预设固定图像，则会发送通信结束指令以指示信源发射装置和可见光接收装置之间的通信结束，可见光接收装置中的模块接收到该通信结束指令后暂停工作。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于方法类实施例而言，由于其与装置实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种可见光接收装置及可见光通信方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种可见光接收装置，包括光电检测器和与所述光电检测器连接的数据处理模块，其特征在于，所述可见光接收装置还包括：图像采集模块、信号采集模块和图像处理模块；

所述图像采集模块，用于采集目标信源的图像；

所述图像处理模块，用于获取所述目标信源的图像，对所述目标信源的图像进行处理，得到所述目标信源的位置，并依据所述目标信源的位置生成调整指令，所述调整指令用于指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点；

所述信号采集模块用于采集所述目标信源发送的光信号并发送给所述光电检测器；

所述图像采集模块的调节器件和所述信号采集模块的调节器件为同一个调节器件；

所述图像采集模块还包括：与所述调节器件相连的变焦镜头和与所述变焦镜头相连的电荷耦合元件CCD；

所述信号采集模块还包括：与所述调节器件相连的长镜头，所述长镜头的中轴线和所述变焦镜头的中轴线平行，且所述长镜头的中轴线和所述变焦镜头的中轴线之间的距离在10厘米内；

其中，调整调节器件的方式包括：

图像处理模块接收到目标信源的图像后，根据目标信源在图像中的大小确定变焦镜头的焦距和角度，调整调节器件以使变焦镜头的焦距为确定的焦距，并调整所述变焦镜头的角度至确定角度使变焦镜头的中心点对准目标信源的中心点；

或者在一帧图像上建立坐标系，图像处理模块计算出目标信源在图像上的相位反馈回调节器件，使调节器件根据该相位调整变焦镜头的角度和焦距；

或者目标信源利用二维码的方式，设置多个锚点，当图像处理模块能正确无误地采集到多个锚点的信息，则证明目标信源的中心点基本对准变焦镜头的中心点。

2.根据权利要求1所述的可见光接收装置，其特征在于，所述光电检测器的中心点对准所述长镜头的中心点。

3.根据权利要求1所述的可见光接收装置，其特征在于，所述长镜头的焦距至少为10倍焦距。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的可见光接收装置，其特征在于，所述数据处理模块与所述图像采集模块相连，所述数据处理模块用于当所述可见光接收装置和所述目标信源之间的通信链路处于非正常状态时，发送重调整指令，所述重调整指令用于指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点。

5.根据权利要求4所述的可见光接收装置，其特征在于，所述数据处理模块还与所述图像处理模块相连，所述图像处理模块还用于在接收到预设固定图像后，发送通信结束指令至所述数据处理模块，其中所述预设固定图像用于指示信源发射装置和可见光接收装置之间的通信结束。

6.一种可见光通信方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任意一项所述的可见光接收装置中，所述方法包括：

通过所述图像采集模块采集目标信源的图像；

对所述目标信源的图像进行处理，得到所述目标信源的位置；

依据所述目标信源的位置生成调整指令，并基于所述调整指令指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点；

通过所述信号采集模块采集所述目标信源发送的光信号；

通过所述光电检测器将所述光信号转换为电信号，并由数据处理模块对所述电信号进行处理以解析出所述目标信源发送的原始信息；

基于所述调整指令指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，包括：

响应所述调整指令来调整所述图像采集模块和所述信号采集模块共用的调节器件；

其中，调整调节器件的方式包括：

图像处理模块接收到目标信源的图像后，根据目标信源在图像中的大小确定变焦镜头的焦距和角度，调整调节器件以使变焦镜头的焦距为确定的焦距，并调整所述变焦镜头的角度至确定角度使变焦镜头的中心点对准目标信源的中心点；

或者在一帧图像上建立坐标系，图像处理模块计算出目标信源在图像上的相位反馈回调节器件，使调节器件根据该相位调整变焦镜头的角度和焦距；

或者目标信源利用二维码的方式，设置多个锚点，当图像处理模块能正确无误地采集到多个锚点的信息，则证明目标信源的中心点基本对准变焦镜头的中心点。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述可见光接收装置和所述目标信源之间的通信链路处于非正常状态时，通过所述可见光接收装置中的数据处理模块发送重调整指令，所述重调整指令用于指示所述图像采集模块和所述信号采集模块进行调整，以使所述图像采集模块和所述信号采集模块的中心点对准所述目标信源的中心点。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收所述目标信源所在信源发射装置发送的预设固定图像；

在接收到所述预设固定图像后，指示所述可见光接收装置中的模块暂停工作。