CN106372700A - 一种结合可见光及不可见光的光标签设备及其识别方法 - Google Patents

一种结合可见光及不可见光的光标签设备及其识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结合可见光及不可见光的光标签设备及其识别方法，包括光标签、控制系统、以及用于提供电能的电源；光标签包括三个定位标识发光器件以及信号阵列，其中，三个定位标识发光器件位于信号阵列的周围，信号阵列由N个能够发出可见光及不可见光的信号发光器件组成，控制系统的输出端与定位标志发光器件的控制端及信号发光器件的控制端相连接，该光标签设备及其识别方法能够利用光标签进行信息的加载及传播，并且能够实现光标签的识别。

Description

一种结合可见光及不可见光的光标签设备及其识别方法
技术领域
本发明涉及一种光标签设备及其识别方法，具体涉及一种结合可见光及不可见光的光标签设备及其识别方法。
背景技术
随着科技的不断发展，人们开始利用二维码或条形码来进行信息的传输，然而在利用二维码及条形码进行信息的传输过程中存在识别距离短，信息加载量小的问题。
中国实用新型专利CN 2014207902242公开了一种光标签，它采用控制发光源(LED等)的光属性来实现身份标识的显示，用户可以采用带有摄像头的智能移动终端对这种标签进行识别并与其交互信息。但是由于摄像设备性能的差异，导致部分低性能的设备无法扫描上述光标签所发送的信息，这主要是因为不同设备摄像头的采集频率(摄像头采样频率低于光标签的信息调制频率)或滤镜作用(滤除了部分光信号)引起的。依据每秒采集帧数(Flashes Per Second，以下简称FPS)和红外截止滤镜，可以将现有手机分为四类，如下表所示：
假设设定FPS高低的分界点以120为例，市场绝大部分手机落在I类和II类，即：FPS高但有红外截止滤镜，如IPhone 5s以上的机型；以及FPS低但可扑捉红外光，比如Android家族的手机。根据CN2014207902242的表述，上述光标签的光闪动为肉眼不可见的高频闪动(>100Hz)时，可被FPS较高的机型扑捉，但一般的普通机型FPS只有30，无法扑捉这种高频闪烁信号，但由于其可以扑捉红外光的特性，所以采用不可见光识别技术可以补偿这一缺陷，因此，需要为光标签增加不可见光补偿部分以提高识别能力，从而如果能够开发出一种技术，能够利用光标签来传播信息，并能够识别光标签所传播的信息，将有效的提高信息传送的距离及信息传输量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种结合可见光及不可见光的光标签设备及其识别方法，该光标签设备及其识别方法能够利用光标签进行信息的加载及传播，并且能够实现光标签的识别。
为达到上述目的，本发明所述的结合可见光及不可见光的光标签设备包括光标签、控制系统、以及用于提供电能的电源；
光标签包括三个定位标识发光器件以及信号阵列，其中，三个定位标识发光器件位于信号阵列的周围，信号阵列由N个能够发出可见光及不可见光的信号发光器件组成，控制系统的输出端与定位标志发光器件的控制端及信号发光器件的控制端相连接。
本发明所述的结合可见光及不可见光的光标签设备的识别方法，通过手持设备识别所述结合可见光及不可见光的光标签设备，所述手持设备包括摄像头、处理器及显示器，处理器与摄像头及显示器相连接，包括以下步骤：
1)控制系统对预发送信息进行编码，得到M组二进制数，其中，每组二进制数均为N位，在一个发光周期T内，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动工作，其中，n为正整数，所述二进制数中的任意一位对应信号阵列中的一个信号发光器件，同时控制系统控制三个定位标识发光器件工作；
2)摄像头获取光标签的图像信息，并在光标签的图像信息中截取一个发光周期T内光标签的图像信息，再按帧识别该发光周期T内光标签的图像信息，并对任意相邻两帧的图像信息进行差分，得到差值图，并在所述差值图中寻找所述三个定位标识发光器件的位置信息，然后再将所述三个定位标识发光器件的位置信息确定该发光周期T内信号阵列的图像信息，再按帧分离该发光周期T内信号阵列的图像信息，当相邻两帧的图像信息完全相同时，则删除相邻两帧图像信息中的任意一个，得M组信号阵列中各信号发光器件的工作状态，然后根据M组信号阵列中各信号发光器件的工作状态得M组二进制数，最后再对所述M组二进制数进行解码，得控制系统发送的信息，再通过显示器显示控制系统发送的信息。
还包括：处理器判断摄像头对可见光及非可见光的识别特性，并根据摄像头对可见光及非可见光的识别特性将手持设备分别两种，其中，第一种为摄像头能够识别可见光及非可见光，第二种为摄像头能够识别可见光。
当摄像头能够识别可见光及非可见光时，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动交错发出可见光及非可见光；
当摄像头能够识别可见光时，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动发出可见光。
当二进制数中的任意一位为0时，则其对应的信号发光器件关闭，当各组二进制数中的任意一位为1时，则其对应的信号发光器件工作。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的结合可见光及不可见光的光标签设备包括三个定位标识发光器件以及信号阵列，在工作时，通过三个定位标识发光器件进行信号阵列的定位，信号阵列由N个能够发出可见光及不可见光的信号发光器件组成，在进行信息的加载时，将预发送信息进行编码，得到M组二进制数，二进制数中的第i位对应信号阵列中的第i个信号发光器件，从而实现待发送信息的加载，在进行信息的识别过程中，通过摄像头获取一个发光周期T内光标签的图像信息，然后再通过差分的方法寻找三个定位标识发光器件的位置信息，从而确定出信号阵列，得到信号阵列在该发光周期T内的图像信息，再按帧进行分离，从得到M组信号阵列中N个信号发光器件的工作状态，再根据信号发光器件的工作状态与二进制数中各位中的对应关系，得到M组二进制数，从而实现信息的解码，得到控制系统发送的信息，操作简单，识别距离较远，同时本发明通过二进制数对信息进行编码，建立二进制数与信号阵列对应关系，实现信息的加载、传播及解码。
附图说明
图1为本发明中光标签的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的结合可见光及不可见光的光标签设备包括光标签、控制系统、以及用于提供电能的电源；光标签包括三个定位标识发光器件以及信号阵列，其中，三个定位标识发光器件位于信号阵列的周围，信号阵列由N个能够发出可见光及不可见光的信号发光器件组成，控制系统的输出端与定位标志发光器件的控制端及信号发光器件的控制端相连接。
本发明所述的结合可见光及不可见光的光标签设备的识别方法通过手持设备识别所述结合可见光及不可见光的光标签设备，所述手持设备包括摄像头、处理器及显示器，处理器与摄像头及显示器相连接，包括以下步骤：
1)控制系统对预发送信息进行编码，得到M组二进制数，其中，每组二进制数均为N位，在一个发光周期T内，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动工作，其中，n为正整数，所述二进制数中的任意一位对应信号阵列中的一个信号发光器件，同时控制系统控制三个定位标识发光器件工作；
2)摄像头获取光标签的图像信息，并在光标签的图像信息中截取一个发光周期T内光标签的图像信息，再按帧识别该发光周期T内光标签的图像信息，并对任意相邻两帧的图像信息进行差分，得到差值图，并在所述差值图中寻找所述三个定位标识发光器件的位置信息，然后再将所述三个定位标识发光器件的位置信息确定该发光周期T内信号阵列的图像信息，再按帧分离该发光周期T内信号阵列的图像信息，当相邻两帧的图像信息完全相同时，则删除相邻两帧图像信息中的任意一个，得M组信号阵列中各信号发光器件的工作状态，然后根据M组信号阵列中各信号发光器件的工作状态得M组二进制数，最后再对所述M组二进制数进行解码，得控制系统发送的信息，再通过显示器显示控制系统发送的信息。
还包括：处理器判断摄像头对可见光及非可见光的识别特性，并根据摄像头对可见光及非可见光的识别特性将手持设备分别两种，其中，第一种为摄像头能够识别可见光及非可见光，第二种为摄像头能够识别可见光。
当摄像头能够识别可见光及非可见光时，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动交错发出可见光及非可见光；
当摄像头能够识别可见光时，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动发出可见光。
当二进制数中的任意一位为0时，则其对应的信号发光器件关闭，当各组二进制数中的任意一位为1时，则其对应的信号发光器件工作。
实施例一
当FPS检测值为100，手持设备中摄像头的FPS值为120，控制系统启动光标签发送光信号，信号阵列由5×5个信号发光器件组成，起始帧为全1，帧周期为T＝5帧，闪动频率为1/20秒，不可见光信号发送比可见光发送延迟3帧；
用户将摄像头对准该光标签开始识别，采集0.25秒，得到30帧图像，记为：f0，f1，…，f29，包含5周期的光标签信号；首先对相邻的两帧f2，f3做差分得到差值图，在差值图中找到成组出现的三个定位标识发光器件；依据三个定位标识发光器件找到信号阵列，经过分区、找到f0到f29如下所示：
f0：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f1：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f2：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f3：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f4：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f5：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f6：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f7：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f8：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f9：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f10：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f11：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f12：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f13：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f14：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f15：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f16：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f17：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f18：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f19：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f20：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f21：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f22：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f23：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f24：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f25：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f26：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f27：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f28：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}；
得到一组编码数据；顺序选出无重复的有效数据，即：f0，f5，f10，f15，f24；
步骤四：将一周期的编码数据连接起来，得到周期5内完整的一周期数据：{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}，{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}，{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}，{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}，{0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}。
实施例二
设定FPS检测值为C＝100；手持装置中摄像头的FPS值为30，小于C值，则识别过程为：
控制系统启动光标签发送光信号，信号阵列由5×5个信号发光器件组成，起始帧为全1，帧周期为T＝4帧，闪动频率为1/20秒，红外光比可见光数据滞后2帧；
用户将摄像头对准该光标签开始识别，采集0.25秒，得到7帧图像，记为：f0，f1，…，f14，包含4周期的光标签信号；首先对相邻的两帧f2与f3做差分得到差值图，在差值图中找到三个定位标识发光器件；依据三个定位标识发光器件找到信号阵列其中，可见光的信号读取数据：
f0：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f1：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f2：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f3：定位为：{1，1，1}，信号为：
{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f4：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f5：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f6：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f7：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
以红外光的信号读取数据为：
f0’：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f1’：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f2’：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f3’：定位为：{1，1，1}，信号为：
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}
f4’：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f5’：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f6’：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
f7’：定位为：{0，0，0}，信号为：
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}
得到一组编码数据；顺序选出可见光与不可见光中无重复的有效数据，即：f0，f4，f0’，f4’；
步骤四：将可见光与红外光信号中不重复的数据连接起来，得到一周期内完整的数据为：{1,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}，
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}，
{0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0}，
{1,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,1}。

Claims (6)

1.一种结合可见光及不可见光的光标签设备，其特征在于，包括光标签、控制系统、以及用于提供电能的电源；
光标签包括三个定位标识发光器件以及信号阵列，其中，三个定位标识发光器件位于信号阵列的周围，信号阵列由N个能够发出可见光及不可见光的信号发光器件组成，控制系统的输出端与定位标志发光器件的控制端及信号发光器件的控制端相连接。
2.一种权利要求1所述的结合可见光及不可见光的光标签设备的识别方法，其特征在于，通过手持设备识别所述结合可见光及不可见光的光标签设备，所述手持设备包括摄像头、处理器及显示器，处理器与摄像头及显示器相连接，包括以下步骤：
1)控制系统对预发送信息进行编码，得到M组二进制数，其中，每组二进制数均为N位，在一个发光周期T内，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动工作，其中，n为正整数，所述二进制数中的任意一位对应信号阵列中的一个信号发光器件，同时控制系统控制三个定位标识发光器件工作；
2)摄像头获取光标签的图像信息，并在光标签的图像信息中截取一个发光周期T内光标签的图像信息，再按帧识别该发光周期T内光标签的图像信息，并对任意相邻两帧的图像信息进行差分，得到差值图，并在所述差值图中寻找所述三个定位标识发光器件的位置信息，然后再将所述三个定位标识发光器件的位置信息确定该发光周期T内信号阵列的图像信息，再按帧分离该发光周期T内信号阵列的图像信息，当相邻两帧的图像信息完全相同时，则删除相邻两帧图像信息中的任意一个，得M组信号阵列中各信号发光器件的工作状态，然后根据M组信号阵列中各信号发光器件的工作状态得M组二进制数，最后再对所述M组二进制数进行解码，得控制系统发送的信息，再通过显示器显示控制系统发送的信息。
3.根据权利要求2所述的结合可见光及不可见光的光标签设备的识别方法，其特征在于，还包括：处理器判断摄像头对可见光及非可见光的识别特性，并根据摄像头对可见光及非可见光的识别特性将手持设备分别两种，其中，第一种为摄像头能够识别可见光及非可见光，第二种为摄像头能够识别可见光。
4.根据权利要求3所述的结合可见光及不可见光的光标签设备的识别方法，其特征在于，当摄像头能够识别可见光及非可见光时，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动交错发出可见光及非可见光。
5.根据权利要求3所述的结合可见光及不可见光的光标签设备的识别方法，其特征在于，当摄像头能够识别可见光时，控制系统根据所述M组二进制数控制信号阵列中的N个信号发光器件以1/n秒的频率闪动发出可见光。
6.根据权利要求3所述的结合可见光及不可见光的光标签设备的识别方法，其特征在于，当二进制数中的任意一位为0时，则其对应的信号发光器件关闭，当各组二进制数中的任意一位为1时，则其对应的信号发光器件工作。
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