CN111062228A - 一种led阵列信号检测方法及装置 - Google Patents

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CN111062228A CN201811200320.6A CN201811200320A CN111062228A CN 111062228 A CN111062228 A CN 111062228A CN 201811200320 A CN201811200320 A CN 201811200320A CN 111062228 A CN111062228 A CN 111062228A
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Abstract

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种LED阵列信号检测方法及装置，LED阵列包括N*N个LED，定义LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，该方法为，获取包含LED阵列的图像；采用连通区域标记算法，从图像中检测出各光源；根据各光源的位置和定位LED的开关状态，确定出定位LED，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，确定LED阵列中各LED的开关状态，获得LED阵列信号，这样，通过定位LED的设计和各光源距离，可以准确识别出定位LED，从而检测出LED阵列信号，计算简单，提高效率。

Description

一种LED阵列信号检测方法及装置
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种LED阵列信号检测方法及装置。
背景技术
图像传感器通信(Image sensor communication，ISC)是以发光二极管(Lightemitting diodes，LED)作为信号发射端、图像传感器作为接收端，主要应用于智能交通和室内定位等场合。另外，为了提高通信性能，通常采用多输入多输出(multi-input multi-output，MIMO)技术应用于ISC系统中。但是，在MIMO-ISC技术的应用过程中，由于外界干扰和背景光的存在等，导致不能准确检测出LED的变化，从而降低了系统通信性能。
现有技术中，LED阵列信号检测方法，主要采用边缘算法、区块生长法和帧差法，对图像中LED进行识别，从而检测出LED阵列信号，但是，这几种方法具有以下缺点：1)边缘算法实现困难，效率较低；2)区块生成算法分割效率较低，代价较大；3)帧差法虽然计算量小，复杂度低，但是对于背景噪声比较敏感，识别效果较差。
发明内容
本发明实施例提供一种LED阵列信号检测方法及装置，以解决现有技术中LED阵列信号检测效率和准确性较低的问题。
本发明实施例提供的具体技术方案如下：
一种发光二极管LED阵列信号检测方法，LED阵列包括N*N个LED，其中N大于等于3，并定义所述LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，所述方法包括：
获取包含所述LED阵列的图像；
采用连通区域标记算法，从所述图像中检测出各光源；
确定检测出的各光源的位置，并根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED；
确定定位LED的位置，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号。
可选的，根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED，具体包括：
根据各光源的位置，分别依次计算任意两个光源之间的距离；
根据计算出的任意两个光源之间的距离，确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源；
若确定出的等腰直角三角形的直角边取值为所述LED阵列预设的LED间距的N-1倍，则确定所述直角边最大的等腰直角三角形的三个顶点的光源，为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED；
根据确定出的三个开关状态为亮的定位LED，确定出其余一个定位LED的位置。
可选的，进一步包括：若确定出至少两个直角边取值为所述预设的LED间距的N-1倍的等腰直角三角形，则分别统计至少两个等腰直角三角形对应组成的LED阵列区域中光源的数量，并将数量最多对应的等腰直角三角形的三个顶点的光源确定为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
可选的，进一步包括：筛选出不大于所述LED阵列预设的对角线取值的距离，并根据筛选出的距离，确定执行确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源的步骤。
可选的，根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号，具体包括：
分别对所述各光源进行检测，确定所述各光源对应的LED的开关状态，并根据各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号；
其中，针对所述各光源中任意一个光源进行检测时，具体包括：
判断所述任意一个光源的灰度值是否在预设的LED最小灰度值和最大灰度值区间范围内，以及根据确定出的任意一个定位LED的位置、预设的位置误差值和预设的LED间距，确定所述LED阵列中各LED的位置区间，判断所述任意一个光源的位置是否在对应的位置区间中；
若判断均为是，则确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为亮，解码为1，否则，确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为灭，解码为0。
一种LED阵列信号检测装置，LED阵列包括N*N个LED，其中N大于等于3，并定义所述LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，所述装置包括：
获取模块，用于获取包含所述LED阵列的图像；
检测模块，用于采用连通区域标记算法，从所述图像中检测出各光源；
第一确定模块，用于确定检测出的各光源的位置，并根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED；
第二确定模块，用于确定定位LED的位置，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号。
可选的，根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED时，所述第一确定模块具体用于：
根据各光源的位置，分别依次计算任意两个光源之间的距离；
根据计算出的任意两个光源之间的距离，确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源；
若确定出的等腰直角三角形的直角边取值为所述LED阵列预设的LED间距的N-1倍，则确定所述直角边最大的等腰直角三角形的三个顶点的光源，为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED；
根据确定出的三个开关状态为亮的定位LED，确定出其余一个定位LED的位置。
可选的，所述第一确定模块进一步用于：若确定出至少两个直角边取值为所述预设的LED间距的N-1倍的等腰直角三角形，则分别统计至少两个等腰直角三角形对应组成的LED阵列区域中光源的数量，并将数量最多对应的等腰直角三角形的三个顶点的光源确定为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
可选的，所述第一确定模块进一步用于：筛选出不大于所述LED阵列预设的对角线取值的距离，并根据筛选出的距离，确定执行确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源的步骤。
可选的，根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号时，所述第二确定模块具体用于：
分别对所述各光源进行检测，确定所述各光源对应的LED的开关状态，并根据各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号；
其中，针对所述各光源中任意一个光源进行检测时，具体包括：
判断所述任意一个光源的灰度值是否在预设的LED最小灰度值和最大灰度值区间范围内，以及根据确定出的任意一个定位LED的位置、预设的位置误差值和预设的LED间距，确定所述LED阵列中各LED的位置区间，判断所述任意一个光源的位置是否在对应的位置区间中；
若判断均为是，则确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为亮，解码为1，否则，确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为灭，解码为0。
一种计算机装置，包括：
至少一个存储器，用于存储计算机程序；
至少一个处理器，用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述任一种LED阵列信号的检测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种LED阵列信号的检测方法的步骤。
本发明实施例中，LED阵列包括N*N个LED，其中N大于等于3，并定义所述LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭；在进行LED阵列信号检测时，具体为：获取包含所述LED阵列的图像；采用连通区域标记算法，从所述图像中检测出各光源；确定检测出的各光源的位置，并根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED；确定定位LED的位置，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号，这样，将LED阵列的四个角的LED定义为定位LED，并设置三亮一灭，从而可以根据光源距离和定位LED开关状态，从图像中准确识别出定位LED，准确性高，计算简单，运算速度较快，进而可以根据定位LED，检测出LED阵列信号，提高了检测效率和准确性。
并且，设置LED阵列的定位LED三亮一灭，不仅可以便于确定识别出定位LED的位置，进而确定出LED阵列的范围，还可以根据定位LED的开关状态，确定LED阵列的正方向，校正LED阵列的位置，便于逐行解码获得LED阵列信号，提高准确性。
附图说明
图1为本发明实施例中基于MIMO的ISC系统原理结构示意图；
图2为本发明实施例中LED阵列信号检测方法的流程图；
图3为本发明实施例中连通区域标记算法的检测结果示意图；
图4为本发明实施例中第一种情况的定位LED的识别结果示意图；
图5为本发明实施例中第二种情况的定位LED的识别结果示意图；
图6为本发明实施例中第三种情况的定位LED的识别结果示意图；
图7为本发明实施例中基于定位LED进行LED阵列信号解码的原理示意图；
图8为本发明实施例中LED阵列信号检测装置结构示意图；
图9为本发明实施例中计算机装置结构示意图。
具体实施方式
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，并不是全部的实施例。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。
实际中，发光二极管(Light emitting diodes，LED)光源不仅可以用于照明，还可以用于通信，通过LED光源的明暗变化来传递信号，可见光通信(Visible lightcommunication，VLC)就是一种使用LED的明暗变化进行无线通信的技术。为了提高可靠性和效率，可以采用图像传感器作为接收端，即可称为图像传感器通信(Image sensorcommunication，ISC)，ISC以LED作为信号发射端、图像传感器作为接收端，可以应用于智能交通和室内定位等场景，ISC通信中关键在于对LED的准确识别。并且，为提高通信性能，通常将多输入多输出(multi-input multi-output，MIMO)技术应用于ISC系统中，但是MIMO-ISC系统中，由于外界干扰和背景光噪声的存在等，使得图像传感器不能准确辨别出LED的变化，从而降低了通信性能，现有技术中，提供几种LED阵列信号检测方法，主要采用边缘算法、区块生长法和帧差法，从图像中识别并还原出LED阵列信号，但是，这几种方法对LED阵列检测效率和准确性较低。
因此，本发明实施例中，以LED阵列作为信号发射端，主要是为了从复杂背景噪声中识别和提取LED阵列光源，提高识别准确性和效率，预先设计LED阵列中位于四个角位置的定位LED的工作状态为三亮一灭，利用图像传感器拍摄包含LED阵列的图像后，采用连通区域标记法检测图像中各光源，并根据各光源的位置，通过寻找最大等腰直角三角形来确定出定位LED，从而确定LED阵列中各LED的工作状态，进行解码，识别LED阵列包含的信息，获得传输的光信号。
参阅图1所示，为本发明实施例中基于MIMO的ISC系统原理结构示意图，至少包括接收端和发送端两部分。
第一部分：发送端。发送端至少包括信号输入、调制、LED阵列驱动器、LED阵列发射端部分。
发送端的基本原理为：输入二进制序列信号，将二进制序列信号经过串并转换后形成并行的多路数字信号，然后，分别对每一路数字信号进行调制，例如可以采用二进制开关键控(On-Off Keying，OOK)调制，本发明实施例中并不进行限制，最后，基于调制后的信号，通过LED阵列驱动器驱动LED阵列工作，即变换LED阵列中各LED的开关状态，通过透镜发射信号。
进一步地，在信号通信过程中，对于输入的信源信号，还可以先进行编码，再进行传输，提高可靠性。
也就是说，本发明实施例中，可以将调制后的信号，加载到LED阵列中发射出去，例如，可以通过LED阵列中LED的亮表示“1”，灭表示“0”。
其中，本发明实施例中，LED阵列包括N*N个LED，其中N大于等于3，为了便于接收端能够准确识别LED阵列信号，定义LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，并预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，并且还可以设置为亮的定位LED与为灭的定位LED在LED阵列中的位置。
这样，本发明实施例中通过设置的定位LED的工作状态以及在LED阵列中的位置，不仅可以便于接收端准确检测LED阵列信号，还可以便于接收端定位LED阵列位置，并可以用来检测发射端的区域、判断图片是否畸变、估计LED阵列校正参数，例如旋转角度等。
第二部分：接收端。接收端至少包括透镜、图像传感器、数字图像处理和解码部分。
接收端的基本原理为：通过图像传感器实时拍摄获得包含LED阵列的图像，然后，读取拍摄的图像，对图像进行数字图像处理，检测并识别图像中各光源，确定出定位LED，最后，根据定位LED的确定，进行解码，确定LED阵列中各LED的开关状态，还原出传输的二进制序列信号，即LED阵列信号。
其中，本发明实施例中主要实现了对图像的数字图像处理，并进行解码获得LED阵列信号，具体地将在下文中LED阵列信号检测方法中进行具体介绍。
值得说明的是，本发明实施例中的系统原理结构图是为了更加清楚地说明本发明实施例中的技术方案，并不构成对本发明实施例提供的技术方案的限制，对于其它的系统结构和业务应用，本发明实施例提供的技术方案对于类似的问题，同样适用。
本发明各个实施例中，以LED阵列信号检测方法用于图1所示的系统原理结构图为例进行示意性说明。
参阅图2所示，为本发明实施例中LED阵列信号检测方法流程图，该方法包括：
步骤200：获取包含LED阵列的图像。
例如，LED阵列通过各LED开关状态的变化来发送信号，可以通过相机实时拍摄LED阵列，获得包含LED阵列的图像。
步骤210：采用连通区域标记算法，从图像中检测出各光源。
进一步地，对图像进行二值化处理，获得二值化图像，从而可以采用连通区域标记算法，从二值化图像中检测光源。
其中，连通区域标记算法的基本原理为：采用二次遍历完成标记，第一轮遍历时，逐行扫描图像，把连通区域标为一个团，除第一行外的所有行的团，如果与前一行的团有重叠部分，则给该团赋予相连团的最小标号，且这些同一标号的团的标记都是等价的，第二轮遍历时，遍历开始团的标记，寻找等价序列，重新标记。
参阅图3所示，为本发明实施例中连通区域标记算法的检测结果示意图，可知可以标记出各光源的区域，各区域的圆心即可以认为是光源的位置，从而可以获得所有光源位置，包括LED光源和干扰源的位置，之后再进行判断，确定各位置的光源是LED还是干扰源。
这样，采用连通区域标记算法来检测光源，效率更高，并且耗时少，对于不同帧的图像，耗时都相同。
步骤220：确定检测出的各光源的位置，并根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从图像中确定LED阵列的定位LED。
执行步骤220时，具体包括：
首先，根据各光源的位置，分别依次计算任意两个光源之间的距离。
例如，有3个光源，分别为光源1、光源2和光源3，则依次分别计算光源1与光源2、光源1与光源3以及光源2与光源3之间的距离，并记录计算出的各距离和对应的光源的位置。
然后，根据计算出的任意两个光源之间的距离，确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源。
具体地，根据记录的各距离，以及各距离对应的光源，依次确定能够构成等腰直角三角形的三个光源，并确定出其中直角边最大的等腰直角三角形对应的三个光源。
进一步地，为方便计算和确定，本发明实施例中还可以先按光源的距离从小到大的顺序进行排序，从而根据排序后的距离，可以更快确定出直角边最大的等腰直角三角形。
然后，若确定出的等腰直角三角形的直角边取值为LED阵列预设的LED间距的N-1倍，则确定该直角边最大的等腰直角三角形的三个顶点的光源，为LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
需要说明的是，理想状态下，确定出的最大等腰直角三角形的直角边的取值应该为N*N的LED阵列的LED间距的N-1倍，因此该最大等腰直角三角形也可以称为理想等腰直角三角形，为便于描述，以下将直角边取值为N*N的LED阵列的LED间距的N-1倍的等腰直角三角形，简称为理想等腰直角三角形，但是，在实际中可能会有一些位置误差，确定出的最大等腰直角三角形的直角边可能不是LED间距的N-1倍，因此，为提高判断的准确性，本发明实施例中还提供了一种可能的实施方式，设置误差阈值，若确定出的等腰直角三角形的直角边的取值在LED间距的N-1倍的误差阈值范围内，则确定该等腰直角三角形的三个顶点的光源为LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
本发明实施例中，由于预先设置LED阵列的其中三个定位LED始终处于亮状态，因此，拍摄到的图像中的光源会包含这三个定位LED，根据定位LED位于边角，并且这三个定位LED可以构成最大的等腰直角三角形的特点，因此，本发明实施例中，可以通过寻找最大等腰直角三角形的方法，来确定出三个处于亮状态的定位LED。
进一步地，在确定等腰直角三角形时，可以分为以下几种情况：
第一种情况：只有一个理想等腰直角三角形。
参阅图4所示，为本发明实施例中第一种情况的定位LED的识别结果示意图，可知在确定等腰直角三角形中，可能会有多个等腰直角三角形，但直角边最大并且取值为LED间距的N-1倍的等腰直角三角形只有一个，即只有一个理想等腰直角三角形，例如，如图4所示，确定出3个等腰直角三角形，但其中只有一个理想等腰直角三角形。
也就是说，在理想情况下，对于包含LED阵列的图像，是只有一个理想等腰直角三角形的，因此，在这种理想情况下，即使有噪声，但可能影响不太，可以只确定出一个理想等腰直角三角形。
从而可以确定该理想等腰直角三角形的三个顶点的光源为LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
第二种情况：至少有两个理想等腰直角三角形。
参阅图5所示，为本发明实施例中第二种情况的定位LED的识别结果示意图，本发明实施例中，由于噪声的存在，可能会确定出多个理想等腰直角三角形，这种情况下，可能光源之间的最大距离会大于LED阵列的对角线取值，因此，需要识别出实际属于LED阵列的定位LED组成的理想等腰直角三角形，本发明实施例中提供了一种可能的实施方式，基于实际中ISC系统的工作情况，可以根据概率论的方法来确定实际属于LED阵列的理想等腰直角三角形，主要是通过比较各理想等腰直角三角形对应的定位LED组成的LED阵列区域中光源出现的概率，概率大的则为实际属于LED阵列的理想等腰直角三角形，例如，如图5所示，检测出两个理想等腰直角三角形，这两个理想等腰直角三角形对应的LED阵列中光源数量是不同的，而实际LED阵列中各LED排列有序且密集，工作时，实际属于LED阵列的理想等腰直角三角形应包括更多的光源，因此，将图5中对应LED阵列中光源数量更多的理想等腰直角三角形确定为实际属于LED阵列的理想等腰直角三角形。
具体为：若确定出至少两个直角边取值为预设的LED间距的N-1倍的等腰直角三角形，则分别统计至少两个等腰直角三角形对应组成的LED阵列区域中光源的数量，并将数量最多对应的等腰直角三角形的三个顶点的光源确定为LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
第三种情况：可能存在直角边比理想等腰直角三角形更大的等腰直角三角形。
参阅图6所示，为本发明实施例中第三种情况的定位LED的识别结果示意图，由于噪声的存在，可能也会出现直角边比理想等腰直角三角形更大的等腰直角三角形，即直角边取值大于LED间距的N-1倍，可能是噪声或干扰源造成的，通常不是LED阵列的理想等腰直角三角形，例如，如图6所示，确定出2个等腰直角三角形，其中，偏左上的等腰直角三角形的斜边大于LED阵列的对角线的长度，而实际中确定该等腰直角三角形的确不属于LED阵列。
为避免这种情况出现，并提高后续确定理想等腰直角三角形的效率，本发明实施例中提供了一种可能的实施方式，在计算出各光源之间的距离后，进行距离从小到大排序时，只考虑不大于理想等腰直角三角形的斜边的距离取值，即距离取值不大于LED阵列的对角线的长度。
具体地，进一步包括：筛选出不大于LED阵列预设的对角线取值的距离，并根据筛选出的距离，确定执行确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源的步骤。
这样，根据寻找理想等腰直角三角形的方式，来确定定位LED，更加简单，运算速度快，效率高。
最后，根据确定出的三个开关状态为亮的定位LED，确定出其余一个定位LED的位置。
具体为，根据LED阵列均匀分布的特性，以及确定出的三个定位LED的位置，确定出其余一个定位LED的位置。
即由于四个定位LED可以构成四方形，因此，根据距离推算，可以确定最后其余一个定位LED的位置，并且该位置的定位LED处于灭的状态，图像中没有光源。
这样，本发明实施例中，可以根据各光源之间的距离，寻找最大等腰直角三角形，从而确定出LED阵列中的定位LED，例如，确定出的处于亮状态的定位LED，分别位于LED阵列的(1，1)、(1，n)和(n，1)，处于灭状态的定位LED位于LED阵列的(n，n)。
步骤230：确定定位LED的位置，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对各光源进行检测，确定LED阵列中各LED的开关状态，获得LED阵列的LED阵列信号。
执行步骤230时，具体包括：
首先，确定定位LED的位置。
确定出LED阵列的四个定位LED后，就可以获知定位LED在图像中的位置。
然后，根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对各光源进行检测，确定LED阵列中各LED的开关状态，获得LED阵列信号。
具体地，逐行遍历，分别依次对各光源进行检测，其中，以针对任意一个光源进行检测为例进行说明。
1)可以分为两个判断条件：
第一个判断条件：灰度值判断。
具体为：判断任意一个光源的灰度值是否在预设的LED最小灰度值和最大灰度值区间范围内。
例如，hij为第一判断条件的判断结果，若确定灰度值在LED最小灰度值和最大灰度值区间范围内，则判断结果为1，否则判断结果为0，即：
Figure BDA0001829828280000131
其中，thmax、thmin分别为LED的最大灰度值、最小灰度值，Sij是灰度图像中光源(i，j)的灰度值。
第二个判断条件：根据确定出的任意一个定位LED的位置、预设的位置误差值和预设的LED间距，确定LED阵列中各LED的位置区间，判断任意一个光源的位置是否在对应的位置区间中。
例如，以取任意一个定位LED为位于(1,1)位置的定位LED，为例，pij为第二判断条件的判断结果，若确定计算出位置在对应的位置区间中，则判断结果为1，否则判断结果为0，即：
Figure BDA0001829828280000141
其中，x1、y1是定位LED(1,1)的位置坐标，d是LED阵列间距，δ是位置误差值。
参阅图7所示，为本发明实施例中基于定位LED进行LED阵列信号解码的原理示意图，如图7所示，四个定位LED分别位于LED阵列的四个角，位置分别为(1，1)、(1，n)、(n，1)和(n，n)，并且位于(1，1)、(1，n)、(n，1)位置的定位LED为亮状态，位于(n，n)位置的定位LED为灭状态，因此，根据灭状态的定位LED位置，以及灭状态的定位LED与其余亮状态的定位LED的位置相对关系，就可以很容易确定出位于(1，n)位置的定位LED，正常情况下，LED光源的位置应该在四个定位LED组成的区域中，并且LED阵列中各LED按照间距依次固定排列，从而就可以根据位于(1，n)位置的定位LED的坐标，以LED(1，n)为开始点，先从(1，n)到(1，1)解码，然后依次逐行解码，依次判断各光源的位置是否符合实际中其在LED阵列的位置关系，来判断其是否为LED光源。
2)若判断均为是，则确定该任意一个光源对应的LED开关状态为亮，解码为1，否则，确定该任意一个光源对应的LED开关状态为灭，解码为0。
即对LED阵列进行检测解码时，有两个判断条件，只有同时满足hij和pij都为1时，该位置对应的LED才能解码为1，否则解码为0。
本发明实施例中，根据预设阈值，对图像进行二值化处理后，获取各光源的灰度值，并分别判断各光源的类型，即判断是否为LED还是干扰源，若是LED光源，则该光源位置对应的LED为亮状态，解码为1，若是干扰源，例如可能是周围光源干扰或重叠造成的光源，则该光源位置对应的LED为灭状态，解码为0。
这样，就可以依次解码出LED阵列中各LED对应码值，根据顺序就可以检测出LED阵列信号，即输入的二进制序列信号。
进一步地，若LED阵列按照正常角度摆放，则通常从左上角第一位开始，按照从左到右、从上到下的顺序依次携带信号的比特，但可能LED阵列会发生旋转，可能捕获的包含LED图片有一定角度的旋转，因此需要能够正确找到信号序列的起始位置，本发明实施例中，定义LED阵列的定位LED，并设计四个定位LED三亮一灭，由于处于亮状态的定位LED和处于灭状态的定位LED在LED阵列的位置也是预先设置好的，因此，本发明实施例中，还可以将处于灭状态的定位LED作为参考定位LED，根据定位LED之间的相互位置关系，从而可以检测LED阵列是否发生旋转，确定旋转角度，校正LED阵列的位置，将其旋转到正确的角度，并可以确定出信号序列的起始位置，从而在解码过程中能够按照预定的LED阵列中信号比特顺序进行解码，获得正确的LED阵列信号。
本发明实施例中，定义LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，并预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，获取包含LED阵列的图像，采用连通区域标记算法，从图像中检测出各光源，并根据各光源的位置和相互之间的距离，确定出定位LED，从而根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对各光源进行检测，确定LED阵列中各LED的开关状态，获得LED阵列信号，这样，可以根据LED阵列中定位LED的设计，准确从图像中识别出定位LED，从而检测出LED阵列信号，运算速度快，不仅可以从背景光中快速检测LED阵列信号，还可以应用于室内定位。
并且，本发明实施例中，还可以确定LED阵列的方向，适用于LED阵列发生旋转的情况，可以对LED阵列进行位置校正，准确检测LED阵列信号。
基于上述实施例，参阅图8所示，为本发明实施例中，LED阵列信号检测装置结构示意图，其中，LED阵列包括N*N个LED，其中N大于等于3，并定义所述LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，该装置具体包括：
获取模块80，用于获取包含所述LED阵列的图像；
检测模块81，用于采用连通区域标记算法，从所述图像中检测出各光源；
第一确定模块82，用于确定检测出的各光源的位置，并根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED；
第二确定模块83，用于确定定位LED的位置，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号。
可选的，根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED时，所述第一确定模块82具体用于：
根据各光源的位置，分别依次计算任意两个光源之间的距离；
根据计算出的任意两个光源之间的距离，确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源；
若确定出的等腰直角三角形的直角边取值为所述LED阵列预设的LED间距的N-1倍，则确定所述直角边最大的等腰直角三角形的三个顶点的光源，为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED；
根据确定出的三个开关状态为亮的定位LED，确定出其余一个定位LED的位置。
可选的，所述第一确定模块82进一步用于：若确定出至少两个直角边取值为所述预设的LED间距的N-1倍的等腰直角三角形，则分别统计至少两个等腰直角三角形对应组成的LED阵列区域中光源的数量，并将数量最多对应的等腰直角三角形的三个顶点的光源确定为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
可选的，所述第一确定模块82进一步用于：筛选出不大于所述LED阵列预设的对角线取值的距离，并根据筛选出的距离，确定执行确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源的步骤。
可选的，根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号时，所述第二确定模块83具体用于：
分别对所述各光源进行检测，确定所述各光源对应的LED的开关状态，并根据各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号；
其中，针对所述各光源中任意一个光源进行检测时，具体包括：
判断所述任意一个光源的灰度值是否在预设的LED最小灰度值和最大灰度值区间范围内，以及根据确定出的任意一个定位LED的位置、预设的位置误差值和预设的LED间距，确定所述LED阵列中各LED的位置区间，判断所述任意一个光源的位置是否在对应的位置区间中；
若判断均为是，则确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为亮，解码为1，否则，确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为灭，解码为0。
参阅图9所示，本发明实施例中，一种计算机装置结构示意图。
本发明实施例提供了一种计算机装置，该服务器可以包括处理器910(CenterProcessing Unit，CPU)、存储器920、输入设备930和输出设备940等，输入设备930可以包括键盘、鼠标、触摸屏等，输出设备940可以包括显示设备，如液晶显示器(Liquid CrystalDisplay，LCD)、阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)等。
存储器920可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，并向处理器910提供存储器920中存储的程序指令和数据。在本发明实施例中，存储器920可以用于存储上述LED阵列信号检测方法的程序。
处理器910通过调用存储器920存储的程序指令，处理器910用于按照获得的程序指令执行本发明实施例中任一种LED阵列信号检测方法。
基于上述实施例，本发明实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意方法实施例中的LED阵列信号检测方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种发光二极管LED阵列信号检测方法，其特征在于，LED阵列包括N*N个LED，其中N大于等于3，并定义所述LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，所述方法包括：
获取包含所述LED阵列的图像；
采用连通区域标记算法，从所述图像中检测出各光源；
确定检测出的各光源的位置，并根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED；
确定定位LED的位置，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED，具体包括：
根据各光源的位置，分别依次计算任意两个光源之间的距离；
根据计算出的任意两个光源之间的距离，确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源；
若确定出的等腰直角三角形的直角边取值为所述LED阵列预设的LED间距的N-1倍，则确定所述直角边最大的等腰直角三角形的三个顶点的光源，为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED；
根据确定出的三个开关状态为亮的定位LED，确定出其余一个定位LED的位置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：
若确定出至少两个直角边取值为所述预设的LED间距的N-1倍的等腰直角三角形，则分别统计至少两个等腰直角三角形对应组成的LED阵列区域中光源的数量，并将数量最多对应的等腰直角三角形的三个顶点的光源确定为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：
筛选出不大于所述LED阵列预设的对角线取值的距离，并根据筛选出的距离，确定执行确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源的步骤。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号，具体包括：
分别对所述各光源进行检测，确定所述各光源对应的LED的开关状态，并根据各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号；
其中，针对所述各光源中任意一个光源进行检测时，具体包括：
判断所述任意一个光源的灰度值是否在预设的LED最小灰度值和最大灰度值区间范围内，以及根据确定出的任意一个定位LED的位置、预设的位置误差值和预设的LED间距，确定所述LED阵列中各LED的位置区间，判断所述任意一个光源的位置是否在对应的位置区间中；
若判断均为是，则确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为亮，解码为1，否则，确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为灭，解码为0。
6.一种发光二极管LED阵列信号检测装置，其特征在于，LED阵列包括N*N个LED，其中N大于等于3，并定义所述LED阵列中位于四个角位置的LED为定位LED，预先设置四个定位LED的开关状态为其中三个定位LED为亮，其余一个定位LED为灭，所述装置包括：
获取模块，用于获取包含所述LED阵列的图像；
检测模块，用于采用连通区域标记算法，从所述图像中检测出各光源；
第一确定模块，用于确定检测出的各光源的位置，并根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED；
第二确定模块，用于确定定位LED的位置，并根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，根据各光源的位置和预先设置的四个定位LED的开关状态，从所述图像中确定所述LED阵列的定位LED时，所述第一确定模块具体用于：
根据各光源的位置，分别依次计算任意两个光源之间的距离；
根据计算出的任意两个光源之间的距离，确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源；
若确定出的等腰直角三角形的直角边取值为所述LED阵列预设的LED间距的N-1倍，则确定所述直角边最大的等腰直角三角形的三个顶点的光源，为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED；
根据确定出的三个开关状态为亮的定位LED，确定出其余一个定位LED的位置。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块进一步用于：
若确定出至少两个直角边取值为所述预设的LED间距的N-1倍的等腰直角三角形，则分别统计至少两个等腰直角三角形对应组成的LED阵列区域中光源的数量，并将数量最多对应的等腰直角三角形的三个顶点的光源确定为所述LED阵列的三个开关状态为亮的定位LED。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块进一步用于：
筛选出不大于所述LED阵列预设的对角线取值的距离，并根据筛选出的距离，确定执行确定出能够构成直角边最大的等腰直角三角形的三个光源的步骤。
10.如权利要求6-9任一项所述的装置，其特征在于，根据定位LED的位置，以及各光源的灰度值和位置，分别对所述各光源进行检测，确定所述LED阵列中各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号时，所述第二确定模块具体用于：
分别对所述各光源进行检测，确定所述各光源对应的LED的开关状态，并根据各LED的开关状态，获得所述LED阵列的LED阵列信号；
其中，针对所述各光源中任意一个光源进行检测时，具体包括：
判断所述任意一个光源的灰度值是否在预设的LED最小灰度值和最大灰度值区间范围内，以及根据确定出的任意一个定位LED的位置、预设的位置误差值和预设的LED间距，确定所述LED阵列中各LED的位置区间，判断所述任意一个光源的位置是否在对应的位置区间中；
若判断均为是，则确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为亮，解码为1，否则，确定所述任意一个光源对应的LED的开关状态为灭，解码为0。
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