CN108768525A - 通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，包括：短信息源、信息发送端及信息接收端；所述短信息源，与所述信息发送端连接，用于提供短信息以表示不同光源对应的信息；所述信息发送端，与所述信息接收端连接，用于编码调制所述短信息，并将编码调制后的短信息以光信号发送至所述信息接收端；所述信息接收端，与所述信息发送端连接，用于对接收的所述光信号进行图像处理，并通过帧同步及解码获取所述短信息。本发明可以在兼顾照明的同时做到短信息的有效传递。

Description

通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置

技术领域

本发明实施例涉及可见光通信技术领域，尤其涉及一种通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置。

背景技术

可见光通信是一种可以同时提供照明和通信两种功能的通信技术，也是近年来热门的科研方向。在目前可见光通信的科研进展中，在传输速度、调制、驱动等方面已经比较成熟。因此，研究人员迫切地想要寻找基于可见光通信技术的合适的应用场景。目前的技术已经可以实现定位，高速数据传输，保密通信等用途，已经提出的应用场景包括医疗通信，保密通信，智能交通灯，车联网等。但是已经提出的可见光的应用大多依赖于pin管作为接收端，同时要求发射端的LED重复调制，应用场景都比较局限，成本也比较高，难以将该技术推广到大众生活中。

近年来可见光相机通信(OCC,Optical Camera Communication)技术飞速发展，是可见光通信研究领域的热门话题。利用CMOS成像器的卷帘快门效应获取可见光信息实现通信，是一种将日常相机作为可见光信号的接收端，获取可见光信号的技术。CMOS成像器使用滚动快门一次曝光一列或多个列，并一次只扫描一列。当OOK调制光源照亮相机时，图像中会出现不同的明暗条纹。带宽取决于扫描时间，并且关键在于光闪烁的频率。

鉴于上述情况，找到一种基于可见光相机通信(OCC)，对灯的处理要求低，可以同时提供生活照明需要和传输信息的方法，就成为业界亟待解决的技术问题之一。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置。

具体地，本发明实施例提供了一种通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，包括：短信息源、信息发送端及信息接收端；

所述短信息源，与所述信息发送端连接，用于提供短信息以表示不同光源对应的信息；所述信息发送端，与所述信息接收端连接，用于编码调制所述短信息，并将编码调制后的短信息以光信号发送至所述信息接收端；所述信息接收端，与所述信息发送端连接，用于对接收的所述光信号进行图像处理，并通过帧同步及解码获取所述短信息。

本发明实施例提供了一种通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，通过采用光信息的模式传递短信息，可以在兼顾照明的同时做到短信息的有效传递。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明实施例中通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置示意图；

图2是本发明实施例中信息发送端及信息接收端具体结构示意图；

图3是本发明实施例中插入同步序列后的帧结构示意图；

图4是本发明实施例中通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置的具体实施示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

能够同时提供照明和通信两种功能是可见光通信的基本特征。作为最近业界热门的科研方向，可见光通信在传输速度、调制、驱动等方面已经比较成熟。在此基础上，相关研究人员开始着手寻找基于可见光通信技术的合适的应用场景。为了契合上述要求，本发明实施例提供了一种通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置。具体请参见图1，图1是本发明实施例中通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置示意图，包括：

短信息源101、信息发送端105、信息接收端107、互联网110及服务器111。

其中，信息发送端105包括编码同步模块102、调制模块103及灯光源104。信息接收端107包括相机摄像头106、图像处理模块109及同步解码模块108。

短信息源101(在另一实施例中，短信息源101包括：URI信息，更具体地，还可以为URL信息)，与信息发送端105连接，用于提供短信息以表示不同光源对应的信息；

信息发送端105，与信息接收端107连接，用于编码调制所述短信息，并将编码调制后的短信息以光信号发送至信息接收端107；其中，信息发送端105可以是普通照明用LED灯、LED广告牌或者招牌。信息接收端指带有摄像头和处理器的智能设备(如智能手机、平板电脑或智能眼镜等)。

信息接收端107，与信息发送端105连接，用于对接收的所述光信号进行图像处理，并通过帧同步及解码获取所述短信息。

信息发送端105包括：

编码同步模块102，用于对短信息源101进行拆分、编码及加入帧同步位；

调制模块103，用于对拆分、编码及加入帧同步位后的短信息进行调制；

灯光源104(在另一实施例中，所述灯光源104包括：LED或OLED)，用于将调制后的短信息以光信号的方式发送至所述信息接收端107，具体为相机摄像头106。

信息接收端107包括：

相机摄像头106，用于接收光信号，生成图像信息；

图像处理模块109，根据图像信息每列像素灰度值，将2D图像信息转换成1D的数据曲线信息；

同步解码模块108，用于根据帧同步位将1D的数据曲线信息转换为二进制数据，并对所述二进制数据进行解码以获取短信息(例如，URI信息或更具体的URL信息)。同步解码模块108根据同步位对1D的数据曲线进行多项式拟合处理，设定合适阈值，将所述数据曲线转换为二进制比特数据，对所述二进制数据进行与编码过程相反的曼切斯特解码，对所述解码后的数据进行标志位判别，根据所述的标志位获得所需要的接收数据并对应存储。

其中，解码后的短信息源101通过互联网110发送至服务器111，服务器111根据请求不同，返回相应的信息(例如，在短信息为URI或更具体的URL时，相应的信息是网页)给用户，对应存储的信息与灯光源(例如，LED灯)有一对一映射的关系，可以实时更新数据库中的信息(即，所述服务器根据接收到的短信息，实时更新存储的信息)。

上述实施例中的信息发送端及信息接收端，在整个装置中起到了举足轻重的作用，为了使读者能够对整个装置的运作有更加清晰的认识，有必要对上述实施例中的信息发送端及信息接收端做详细的阐述。请参见图2，图2是本发明实施例中信息发送端及信息接收端具体结构示意图，包括：

短信息源201、信息发送端206、信息接收端208及服务器213。其中，信息发送端206包括：

曼彻斯特编码202、插入帧同步序列203、PWM调制驱动204及灯光源205。

首先，短信息源201按要求进行拆分，然后对拆分后的信息进行曼彻斯特编码202(即，所述编码调制所述短信息，包括：采用曼彻斯特编码调制所述短信息)，获得不含三个连“0”的编码比特信息。然后在插入帧同步序列203中，在每一帧中加入用于帧同步的同步位和用于标识第几个帧的标志位；标志位指在帧的头部加入使用曼切斯特编码的表示第几个帧的二进制数据，和在数据帧头尾加入根据帧序号的奇偶交替出现的“0”或“1”，用于标识发送帧的变换。

当从一张图片解析出来数据时，通过帧变换标识比特来判断接收的数据是否包含了两个帧的信号，如果数据中不含两帧数据，可以通过首尾连接，构成环，再根据同步位得到一帧的完整数据；如果解析出来的数据中包含两帧的数据，通过交替出现的0和1与表示第几帧的序号位进行判断区别，分开存储。

最后帧同步位是利用“0001”作为同步位，添加到帧头。根据相机帧率(FPS)和曝光时间(t)的设置，保证曝光时间要大于一个帧的时钟周期(T`)和额外一个同步位的时间(t`)，一个帧的重复周期(T)基本等于帧率。其中，T＝FPS，t>T`+t`。由于t>T`+t`，保证一张图片中解析出来的数据必然包含一组连续完整的同步位和一组完整的帧周期。根据帧同步位，我们可以判断数据的终点和起点，根据0/1的标志位，使标识帧下标的标志位同步。因此，即便同步位在解析后的数据中间，也能够前后拼接的方式，获得最终的接收数据。关于上述帧的具体结构，可以参见图3，图3是本发明实施例中插入同步序列后的帧结构示意图，包括：

同步位301、标志位302、数据位303及标志位304。

同步位301用“0001”做为同步位，添加在帧头。标志位302(图3中用Flag表示)指在帧的头部加入使用曼切斯特编码202的表示第几个帧的二进制数据(0或1，图中用1/0表示)，标志位304指在数据帧的尾部加入根据帧序号的奇偶交替出现的“0”或“1”，用于标识发送帧的变换。数据位303表示每帧传送的数据，图3中用Data表示，实际中也是由二进制数组成。

编码及加入帧同步位后的短信息进入PWM调制驱动204进行调制，调制后的短信息以光信号的方式经由灯光源205(可以为LED或OLED)发送至信息接收端208。

信息接收端208包括：

相机摄像头207、图像处理模块209、帧同步210、曼彻斯特解码211及通信模块212。

相机摄像头207利用CMOS成像器的卷帘快门效应接收光信号，生成若干张图像信息，图像处理模块209根据图像信息每列像素灰度值，将2D图像信息处理成1D的数据曲线信息。然后1D的数据曲线信息再次经过帧同步210进行帧信息同步，然后根据同步位对所述数据曲线进行多项式拟合处理，设定合适阈值，将所述数据曲线转换为二进制比特数据，经过曼彻斯特解码211对所述二进制数据进行与编码过程相反的曼切斯特解码(即，所述通过帧同步及解码获取所述短信息，包括：采用曼彻斯特解码获取所述短信息)，对所述解码后的数据进行标志位判别，根据所述的标志位获得所需要的接收数据并对应存储。通信模块212，用于接收解码后的短信息，并将所述短信息发送至服务器213。具体地，通信模块212将解码后的短信息封装成通信媒介可识别的信息请求，通过通信媒介发送信息请求到服务器213。

更进一步的，通信发送端206通过相机摄像头207与信息接收端208连接，信息接收端208通过通信模块212与服务器213双向通信。

解析出原始数据(即短信息)，并通过通信模块212(移动网络或者wifi)向服务器213发出请求，服务器213接收请求并响应，然后可通过手机获取所需要的信息，完成信息交互。

上述各实施例对本发明的方案做出了初步的说明，为了使得本发明的技术方案及实际实施情况能够更清楚的得到展现，还有必要结合实际的使用情况对本发明的装置做进一步的说明。为了达到上述目的，请参见图4，图4是本发明实施例中通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置的具体实施示意图，包括：

手机401、手机扫描功能402、广告牌403、灯光源404、短信息源405、服务器406及互联网407。

由图中可见，短信息源405(可以为URI或更具体的URL)经过信息发送端处理后经灯光源404(可以为LED或OLED等)发送至广告牌403，手机401采用手机扫描功能402扫描广告牌403后，将获得的短信息(以光信息的模式)处理解码后还原成源短信息，然后通过互联网407发送至服务器406，服务器406将相关信息(如短信息是URI或更具体的URL，则相关信息为网页)存储并响应相关请求，同时还可以与手机401进行交互，满足手机401需要获取的信息。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，包括：

短信息源、信息发送端及信息接收端；

所述短信息源，与所述信息发送端连接，用于提供短信息以表示不同光源对应的信息；

所述信息发送端，与所述信息接收端连接，用于编码调制所述短信息，并将编码调制后的短信息以光信号发送至所述信息接收端；

所述信息接收端，与所述信息发送端连接，用于对接收的所述光信号进行图像处理，并通过帧同步及解码获取所述短信息。

2.根据权利要求1所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述短信息源包括：URI信息。

3.根据权利要求1所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述信息发送端包括：

编码同步模块、调制模块及灯光源；

所述编码同步模块，用于对所述短信息源进行拆分、编码及加入帧同步位；

所述调制模块，用于对拆分、编码及加入帧同步位后的短信息进行调制；

所述灯光源，用于将调制后的短信息以光信号的方式发送至所述信息接收端。

4.根据权利要求3所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述灯光源包括：LED或OLED。

5.根据权利要求1所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述信息接收端包括：

相机摄像头、图像处理模块及同步解码模块；

所述相机摄像头，用于接收所述光信号，生成图像信息；

所述图像处理模块，根据所述图像信息每列像素灰度值，将2D图像信息转换成1D的数据曲线信息；

所述同步解码模块，用于根据帧同步位将所述1D的数据曲线信息转换为二进制数据，并对所述二进制数据进行解码以获取所述短信息。

6.根据权利要求5所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述信息接收端还包括：

通信模块，用于接收解码后的短信息，并将所述短信息发送至服务器。

7.根据权利要求6所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述服务器根据接收到的短信息，实时更新存储的信息。

8.根据权利要求1所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述编码调制所述短信息，包括：采用曼彻斯特编码调制所述短信息。

9.根据权利要求1所述的通过相机扫描光源获取数据的可见光应用装置，其特征在于，所述通过帧同步及解码获取所述短信息，包括：

采用曼彻斯特解码获取所述短信息。