CN106372556B - 一种光标签的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光标签的识别方法，识别系统包括用于信息编码的光标签和用于信息解码的移动终端；所述的光标签包括信号单元和定位标识；信号单元包括若干的静态图像单元，定位标识包括若干个动态闪烁的发光单元和多个静态的图形标志；过静态图像单元的图像属性编码传递信息内容；移动终端包括图像采集装置和图像处理模块，图像采集装置用于采集光标签的编码图像，图像处理模块用于对编码图像进行解码；光标签通过静态图像单元进行信息的传递，从而能够满足其定向性的要求，通过动态闪烁的定位标识符对光标签进行初步定位，通过静态的图形标志对光标签进行精确定位，从而能满足同时识别多个光标签的要求，且极大的提高识别距离。

Description

一种光标签的识别方法

技术领域

本发明涉及光通信技术，具体涉及一种光标签的识别方法。

背景技术

当前，在基于移动终端的信息交互时，为了识别和对接各种信息平台目标时，通常使用二维码技术或无线识别的方式建立需求者和供给者之间的信息联系，但是二维码的方法存在识别距离近，具体表现为识别距离与码字图形尺寸比例低；无线电信号识别虽然距离远，但其指向性较差，目标区域可能存在多个可使用目标，无法定向指定；从而无法满足在远距离上的定向信息获取要求，无论在消费购物、信息获取以及信息传递上都无法满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种定向性强，识别距离远，可同时识别多个光标签的光标签识别方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光标签的识别方法，识别系统包括用于信息编码的光标签和用于信息解码的移动终端；所述的光标签包括信号单元和定位标识；信号单元包括若干的静态图像单元，定位标识包括若干个动态闪烁的发光单元和多个静态的图形标志，定位标识中发光单元的发光面积大于信号单元中图像单元的面积；通过静态图像单元的图像属性编码传递信息内容；所述的移动终端包括图像采集装置和图像处理模块，图像采集装置用于采集光标签的编码图像，图像处理模块用于对编码图像进行解码；

识别方法具体步骤如下：

步骤一，编码时，设定信号单元中每个图像单元的图像属性和排序对所要传递的信息进行编码，设定动态闪烁定位标识中的闪烁频率；

步骤二，解码时，移动终端在大于动态定位标识符两次闪烁时间内，通过图像采集模块连续采集光标签闪烁时产生的图像，通过对图像的解码得到光标签传递的信息。

进一步，步骤一中，光标签中的信号单元编码时，以信号单元内k行l列的矩阵中任意信号单元c_ij表示一比特的二进制或多进制数据对传递信息进行编码，其中c_ij∈{0，1，...，N}，N对应N进制，0＜i＜l，0＜j＜k，k和l均为正整数。

进一步，以信号单元黑白两种状态的变化作为数字传递信号的中的1或0，或多种颜色的变化作为数字传递信号的多个状态。

进一步，步骤二中，对光标签产生的图像进行解码时，包括如下步骤：

2.1移动终端按照自身固有频率连续采集多帧标签图像，记为：f₀，f₁，…，f_m，采集时间不小于动态定位标识符两次闪烁的时间间隔；紧接着，拍摄一副光标签的图像，记为p；

2.2对相邻的任意两帧做差分得到差值图，直到在差值图中找到定位标识中的发光单元，得到其坐标；

2.3将发光单元的位置坐标从帧图像映射到拍摄图像中，得到光标签在整个图像中的大概位置和空间区域Q；

2.4在包含光标签的空间区域Q内，对多个静态的图形标志进行搜索识别，得到多个静态的图形标志的坐标；

2.5根据信号单元和静态的图形标志的关系，得到图像中的信号单元位置并进行信号单元的区块划分；

2.6根据黑白状态或多种颜色变化的状态为拍摄图像中的每一个信号单元内信号单元赋值，则解码得到对应标签的数据，得到编码信息。

进一步，信号单元中的图像单元呈矩阵排列。

进一步，定位标识至少包括一个动态发光单元，和不在同一直线上的三个静态的图形标志，静态的图形标志相邻设置在信号单元外部。

进一步，移动终端采用智能手机、平板电脑或智能眼镜。

进一步，位标识包括三个较大的回字框和一个动态的正方形，组成定位标识。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明中，光标签通过静态图像进行信息的传递，从而能够满足其定向性的要求。识别过程中，通过动态闪烁的定位标识符对光标签进行初步定位，通过静态图像定位标识符对光标签进行精确定位，从而能满足同时识别多个光标签的要求，且极大的提高识别距离。

附图说明

图1为本发明实例中所述的解码流程图

图2为本发明实例中所述的光标签实例图

图3为本发明实例中所述的静态图像定位标识图

图4为本发明实例中包含光标签的图像区域，和光标签单元的区域划分

图中：信号单元1，动态定位标识2，静态定位标识3，空白位4。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明光标签的识别方法，包括用于信息编码的光标签，用于信息解码的移动终端；所述的光标签包括信号单元和定位标识；信号单元包括若干的静态图像单元，定位标识包括若干个动态闪烁的发光单元和多个静态的图形标志，定位标识中发光单元的发光面积大于信号单元中图像单元的面积；通过图像单元的图像属性编码传递的信息内容；所述的移动终端包括图像采集装置和图像处理模块，图像采集装置用于采集光标签的编码图像，图像处理模块用于对编码图像进行解码。

优选的，信号单元中的图像单元呈矩阵排列。

优选的，定位标识至少包括一个动态发光单元，和不在同一直线上的三个静态的图形标志，静态的图形标志相邻设置在信号单元外部。

优选的，移动终端采用智能手机、平板电脑和智能眼镜。

本发明一种采用如本发明所述的光标签的识别方法，包括如下步骤，

步骤一，编码时，设定信号单元中每个图像单元的图像属性和排序对所要传递的信息进行编码，设定动态闪烁定位标识中的闪烁频率；

步骤二，解码时，移动终端在大于动态定位标识符两次闪烁时间内，通过图像采集模块连续采集光标签闪烁时产生的图像，通过对图像的解码得到光标签传递的信息；

优选的，步骤一中，光标签中的信号单元编码时，以信号单元内k行l列的矩阵中任意信号单元c_ij表示一比特的二进制或多进制数据对传递信息进行编码，其中c_ij∈{0，1，...，N}，N对应N进制，0＜i＜l，0＜j＜k，k和l均为正整数。

进一步，以信号单元黑白两种状态的变化作为数字传递信号的中的1或0，或多种颜色的变化作为数字传递信号的多个状态。

优选的，步骤二中，对光标签产生的图像进行解码时，包括如下步骤，

2.1移动终端按照自身固有频率连续采集多帧标签图像，记为：f₀，f₁，…，f_m，采集时间不小于动态定位标识符两次闪烁的时间间隔；紧接着，拍摄一副光标签的图像，记为p。

2.2对相邻的任意两帧做差分得到差值图，直到在差值图中找到定位标识中的发光单元，得到其坐标；

2.3将发光单元的位置坐标从帧图像映射到拍摄图像中，由于手抖的原因，映射得到的发光单元坐标和拍摄图像p中实际的发光单元坐标并不完全重合。但是根据光标签和发光定位标签的位置关系，可得到光标签在整个图像中的大概位置和空间区域Q；

2.4在包含光标签的空间区域Q内，对多个静态的图形标志进行搜索识别，得到多个静态的图形标志的坐标；

2.5根据信号单元和静态的图形标志的关系，得到图像中的信号单元位置并进行信号单元的区块划分；

2.6根据黑白状态或多种颜色变化的状态为拍摄图像中的每一个信号单元内信号单元赋值，则解码得到对应标签的数据，得到编码信息。

以下结合具体实施例对本发明进行说明：

如图1所示，光标签包括作为数据位的信号单元1，作为标志位的动态闪烁定位标识2，静态图像定位标识3，空白位4，共四部分，其中动态闪烁定位标识为图像正中心的较大的正方形，静态图像定位标识3为图中三个较大的回字框，一个动态的正方形加上三个回字框称为一组定位标识符；工作状态下动态的正方形标识以一定的频率闪烁，通过图像差分的方法可以很快得被摄像设备检测出来，进而准确获得静态回字框的准确位置；静态的回字框如图3所示，水平方向和垂直方向上黑白黑像素的比例为1：1：1；光标签中的4个空白位保证了静态回字框从水平和垂直方向扫描，黑白黑的像素比例服从1：1：1。借助静态的回字框定位标识确定信号单元的位置，最后进行数据识别与读取；信号单元为定位标识间的矩形黑白小正方形，多个信号单元构成一组，本优选实例中信号单元中的发光单元组成9×9的阵列，每个图像单元表示数字信号的“0”或“1”，整个图像单元组组成的矩阵构成信号序列，优选的动态标识位的边长为数据位边长的三倍，静态标识位的边长为数据位边长的三倍。

其中，移动终端是指具有拍摄功能的智能移动设备，包括手机、平板电脑、智能眼镜等，本实例中对上述的光标签的识别距离进行计算如下。

取市场常见的手机设备的参数为例，利用如下公式进行计算。

距离＝物体实际大小×设备焦距/(物体成像像素数×CCD像素单位大小)。

随着距离的增加，每个发光单元成像像素数在下降。假设信号单元可以被辨别最少的像素为minP，则该设备对于光标签的识别距离可以用下式来计算得到。

最远识别距离＝信号单元实际尺寸×设备焦距/(minP×CCD像素单位大小×最大分辨率/使用的分辨率)

2015年一款主流的智能手机设备的参数如下：

CCD像素大小：1.12×10^-3mm；

设备焦距：4.76mm；

光标签信号单元实际大小：2mm正方形(边长)；

光标签定位标识实际大小：6mm正方形(边长)；

设备拍照最大分辨率：3936×5248(2000万)；

录像分辨率：2688×4480(1000万)；1/2最大分辨率

单元可以被辨别最少的像素minP：2个像素

光标签的动态标识使用录像的方式获取，这时使用的分辨率只有最大分辨率的1/2

该设备识别动态标识的最远距离＝6×4.76/(2×1.12×10^-3×2)＝6.375×10³mm。

然后，每个信号数据单元使用拍照的方式获取，这时使用最大分辨率进行拍照。

该设备识别光标签的最远距离＝2×4.76/(2×1.12×10^-3)＝4.25×10³mm。

此时，整个光标签的大小为9×2mm＝14mm边长的正方形，同等尺寸的二维码的识别距离大约在300mm左右。由此可见，光标签的识别距离远远大于同尺寸二维码的识别距离。

步骤1：光标签包括静态图像单元和动态闪烁单元。静态图像单元可以采用各种材质，纸张，塑料等，通过单元格里不同的颜色，例如黑、白，来编码特定的信息。动态闪烁单元包括发光源，控制电路，和电池或电源，其中，发光源可以使用各种发光技术，例如使用LED灯，根据不同的使用需求，发光源的数量可以为一个或多个，控制电路用于控制发光源的光波频率和闪烁，电池和电源为控制电路和发光源提供能源，发光源通过发出周期变化的光，使得移动设备快速的识别到它；静态图像单元也可以使用主动发出不同颜色光信号的发光源。对于上述标签标识内容的光标签编码的方法是：

动态定位标识与信号单元以1/n秒的基准频率闪动，n为正整数；信号单元组的编码方法是：在信号单元，对应构成的k×1的矩阵中，k，l为正整数，任意信号单元c_ij，c_ij∈{0，1}，0＜i＜l，0＜j＜k，表示一比特的二进制数据，{c₀₀，…，c_ij，…，c_lk}的集合按照指定序列构成编码组。如果编码按照每个信号单元的位置进行区分，则编码空间为：2^k×1-m-b，其中m为定位标志所占的单元数，b为空白位所占的单元数；如果编码按照时间序列，则编码空间为T·(2^k×1-m-b)，T为一个完整序列周期帧数，T为自然数；光标签还能够是多种色块的组合，通过色块明暗变化形成阵列，不同明暗的色块表示数字信号的0、1、...、N，N对应N进制，代表色块明暗变化所能表示的所有状态数；编码方式与以上相同。

以图2为例，k＝l＝9，m＝36，b＝4，信号单元采用黑白两种颜色，光标签的编码空间为2⁴¹；如果信号单元采用红，绿，蓝，黑，白五种颜色，则编码空间为5⁴¹。

步骤2：用户在距离光标签视距范围内通过肉眼发现上述光标签，通过移动终端朝向光标签，扫描该光标签并移动终端进行信息捕获与判读处理；移动终端的视频采集频率大于或等于光标签频率的2倍，通过采集手机摄像头中拍摄的视频、图像信息，并将图像帧传入手机内存、处理器进行解码操作，完成识别解码的过程；

上述识别解码的过程如图1所示，移动终端设备摄像头按照自身固有频率连续采集一段时间长度的光标签设备图像，共计m帧，各帧记为：f₀，f₁，…，f_m，其采集时间不小于动态定位标识符两次闪烁的时间间隔；紧接着，拍摄一副光标签的图像，记为p。识别方法首先对相邻的任意两帧做差分，就可以得到差值图，在差值图中找到动态定位标识符，若没有发现完整的定位标识组，则重新选取相邻两帧进行发现，直至发现动态定位标识符组为止，得到其坐标，将发光单元的位置坐标从帧图像映射到拍摄图像中，由于手抖的原因，映射得到的发光单元坐标和拍摄图像p中实际的发光单元坐标并不完全重合。但是根据光标签和发光定位标签的位置关系，可得到光标签在整个图像中的大概位置和空间区域Q，图4的左边为三个光标签的空间区域；在每个包含光标签的空间区域Q内，对多个静态的图形标志进行搜索识别，得到多个静态的图形标志的坐标，根据上述光标签设计的结构中数据信号单元组与定位标识符之间的位置关系，框出图像中的信号单元组位置，并进行区块划分，找到对应的每一个信号单元所对应的像素区域，图4的右边部分为通过定位标识符和信号单元之间的位置关系，进行区块划分的图形；根据黑白状态为每一个信号单元赋值，得到编码信息，完成识别过程。

整个识别的时间为：采集m帧的时间+拍摄一副图像的时间+对m帧图像进行后续处理的时间。由于识别过程只对一副图像的某些小区域进行搜索，所以后续处理时间非常短，可以控制在0.5秒左右。而且可以看出，多个光标签的识别时间相对于与单个光标签的识别时间不会有显著的增加。

本实例描述多个光标签的识别的过程，并对识别的时间进行计算。

三个光标签信号单元组由9×9个单元组成，动态标识符闪烁频率为60Hz；用户通过肉眼发现三个光标签，使用移动终端朝向这些光标签，扫描光标签，使用移动终端进行信息捕获与判读处理；该移动终端需安装有智能移动终端操作系统、拥有摄像头，摄像头的视频采集频率120FPS，内存空间1000M；移动终端采集2帧和拍摄一副图像；首先这两帧做差分差值图，在差值图中找到3个动态定位标识符，得到光标签的大概位置；然后在拍摄图像中得到每个光标签的图像区域，如图4的左边部分所示；在包含光标签的图像区域，对多个静态的图形标志进行搜索识别，得到多个静态的图形标志的坐标，经过分区、找到对应个单元在拍摄图像中表示的数据内容，如图4的右边部分所示，最后得到三个光标签的编码数据。

识别3个光标签所需的时间＝采集2帧的时间+拍摄一副图像的时间+图像后续处理的时间≈2/120秒+0.15秒+0.5秒＝0.667秒。可以看出，本发明陈述的方法可以同时快速的识别多个光标签。

综上所述，如图3所示的光标签，若信号单元的边长为20cm，采用黑白两色编码，帧周期为动态定位标识符闪烁频率为60Hz。则该光标签可编码空间为2⁴¹；2015年主流移动设备可以识别该光标签的最远距离为425m，预计随着移动设备摄像头能力的提高，最远识别距离还会继续增加；主流移动设备可以在<0.7秒的时间内同时识别多个在屏幕里出现的光标签。

以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定发明保护范围。

Claims (7)

1.一种光标签的识别方法，其特征在于：识别系统包括用于信息编码的光标签和用于信息解码的移动终端；所述的光标签包括信号单元和定位标识；信号单元包括若干的静态图像单元，定位标识包括若干个动态闪烁的发光单元和多个静态的图形标志，定位标识中发光单元的发光面积大于信号单元中图像单元的面积；通过静态图像单元的图像属性编码传递信息内容；所述的移动终端包括图像采集装置和图像处理模块，图像采集装置用于采集光标签的编码图像，图像处理模块用于对编码图像进行解码；

识别方法具体步骤如下：

步骤一，编码时，设定信号单元中每个图像单元的图像属性和排序对所要传递的信息进行编码，设定动态闪烁定位标识中的闪烁频率；

步骤二，解码时，移动终端在大于动态定位标识符两次闪烁时间内，通过图像采集模块连续采集光标签闪烁时产生的图像，通过对图像的解码得到光标签传递的信息；该步骤二具体为：

2.1移动终端按照自身固有频率连续采集多帧标签图像，记为：f₀，f₁，…，f_m，采集时间不小于动态定位标识符两次闪烁的时间间隔；紧接着，拍摄一副光标签的图像，记为p；

2.2对相邻的任意两帧做差分得到差值图，直到在差值图中找到定位标识中的发光单元，得到其坐标；

2.3将发光单元的位置坐标从帧图像映射到拍摄图像中，得到光标签在整个图像中的大概位置和空间区域Q；

2.4在包含光标签的空间区域Q内，对多个静态的图形标志符进行搜索识别，得到多个静态的图形标志的坐标；

2.5根据信号单元和静态的图形标志的关系，得到图像中的信号单元位置并进行信号单元的区块划分；

2.6根据黑白状态或多种颜色变化的状态为拍摄图像中的每一个信号单元内信号单元赋值，则解码得到对应标签的数据，得到编码信息。

2.根据权利要求1所述的光标签的识别方法，其特征在于：步骤一中，光标签中的信号单元编码时，以信号单元内k行l列的矩阵中任意信号单元c_ij表示一比特的二进制或多进制数据对传递信息进行编码，其中c_ij∈{0,1,…,N}，N对应N进制，0<i<l，0<j<k，k和l均为正整数。

3.根据权利要求2所述的光标签的识别方法，其特征在于：以信号单元黑白两种状态的变化作为数字传递信号的中的1或0，或多种颜色的变化作为数字传递信号的多个状态。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的光标签的识别方法，其特征在于：信号单元中的图像单元呈矩阵排列。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的光标签的识别方法，其特征在于：定位标识至少包括一个动态发光单元，和不在同一直线上的三个静态的图形标志，静态的图形标志相邻设置在信号单元外部。

6.据权利要求1-3任意一项所述的光标签的识别方法，其特征在于：移动终端采用智能手机、平板电脑或智能眼镜。

7.据权利要求1-3任意一项所述的光标签的识别方法，其特征在于：定位标识包括三个较大的回字框和一个动态的正方形，组成定位标识。