CN113037381A - 一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN113037381A CN202110312956.5A CN202110312956A CN113037381A CN 113037381 A CN113037381 A CN 113037381A CN 202110312956 A CN202110312956 A CN 202110312956A CN 113037381 A CN113037381 A CN 113037381A
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Abstract

本发明公开了一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质。本发明通过获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；调解所述数字信号，产生数据流；将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。本发明的一种可见光成像通信控制方法能够从调制方式上提高照明质量，满足照明需求，有效的节约资源。

Description

一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及可见光成像技术领域，尤其涉及一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在传统照明设备中，包括荧光灯、白炽灯泡及卤素灯等，大部分照明设备不具有快速切换开关的特性，这就决定了传统灯具无法进行便捷的数据传输。
基于LED光源的可见光通信(Visible Light Communication，VLC)技术作为一种快速发展的新兴无线通信方式，具有频带宽、绿色安全、保密性好以及抗干扰能力强等特点。光学相机通信(Optical Camera Communication,OCC)技术作为可见光通信技术的分支,在继承其优点的同时,增强了系统的操作便捷性,在室内定位、物联网与智能家庭领域具有良好的应用前景。
现有的应用于VLC技术的调制方式多关注于提高频带利用率、减小由于信道特性引起的码间干扰的影响、抗噪声抗衰弱能力等，而没有重视VLC系统中作为发射端的LED一般用作照明这一前提。导致照明能力减弱，需要通过提高灯具发光功率这种方式来弥补，不能有效的节约资源，降低成本。因此，发明一种基于FSK-PWM的可见光成像通信系统成为该领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例针对以上缺陷，提供了一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质，用以解决现有技术存在的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种可见光成像通信控制方法，所述方法包括：
获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；
控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；
控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；
调解所述数字信号，产生数据流；
将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；
依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。
优选地，所述获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号包括：
依据FSK-PWM调制技术，利用频率4kHz、占空比50％与频率20kHz、占空比33％的PWM波形来表征所述输入数据；
依据所述输入数据形成所述数字调制信号。
优选地，所述调解所述数字信号，产生数据流包括：
依据所述数字信号提取感兴趣区域；
依据所述感兴趣区域中抽取第一行数据，并从所述第一行数据中获取第一包头及第二包头；
依据所述感兴趣区域中抽取第二行数据，并从所述第二行数据中获取第三包头及第四包头；
解码所述第一包头及所述第二包头得到符号序列。
优选地，所述依据所述感兴趣区域中抽取第一行数据，并从所述第一行数据中获取第一包头及第二包头包括：
获取所述第一行数据中的最大值和最小值；
依据预设阈值提取出01符号以及符号宽度，得到第一符号宽度及第二符号宽度；
依据所述最大符号宽度作为第一包头。
优选地，所述依据所述感兴趣区域中抽取第二行数据，并从所述第二行数据中获取第三包头及第四包头包括：
获取所述第二行数据中的最大值和最小值；
依据所述预设阈值提取出01符号以及符号宽度，得到第三符号宽度及第四符号宽度；
依据所述第三符号宽度及所述第四符号宽度作为第三包头及第四包头。
优选地，所述将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取包括：
依据所述第一符号序列及所述第二符号序列恢复原始数据；
循环运行，并判断是否收到完整的数据；
当获得获得完整的数据时，输出到后端控制器进行信息提取。
优选地，所述预设阈值的设置公式为：
预设阈值＝0.55*最大值+0.45*最小值。
第二方面，本发明实施例提供了一种可见光成像通信控制装置，所述装置包括：
数字调制模块，用于获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；
光信号调制模块，用于控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；
数字信号转换模块，用于控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；
调解模块，用于调解所述数字信号，产生数据流；
解码模块，用于将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；
可视化图形界面转换模块，用于依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。
第三方面，本发明实施例提供了一种可见光成像通信控制设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施方式中第一方面的方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，当计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施方式中第一方面的方法。
综上所述，本发明实施例提供的一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质。本发明通过通过获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；调解所述数字信号，产生数据流；将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。本发明依据FSK-PWM调制技术，提高了照明质量，同时节约资源，降低了成本；通过OCC与LED灯具结合实现通信与照明一体化；此外，本发明的调解算法，能有效降低解码复杂度，提高解码准确度和速率。因此，本发明的一种可见光成像通信控制方法能够从调制方式上提高照明质量，满足照明需求，有效的节约资源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明实施例一种可见光成像通信控制方法的流程图。
图2是本发明实施例一种可见光成像通信控制方法的工作原理示意图。
图3是本发明另一实施例一种可见光成像通信控制方法的工作原理示意图。
图4是本发明实施例的一种可见光成像通信控制方法的所述获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号的流程图。
图5是本发明实施例的一种可见光成像通信控制方法的所述调解所述数字信号，产生数据流的流程图。
图6是本发明实施例的一种可见光成像通信控制方法的所述调解所述数字信号，产生数据流的流程图。
图7是本发明实施例的一种可见光成像通信控制方法的所述依据所述感兴趣区域中抽取第一行数据，并从所述第一行数据中获取第一包头及第二包头的流程图。
图8是所述依据所述感兴趣区域中抽取第二行数据，并从所述第二行数据中获取第三包头及第四包头的流程图。
图9是本发明实施例的一种可见光成像通信控制装置的结构示意图。
图10是本发明实施例的一种可见光成像通信控制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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……”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。
请参见图1及图2，本发明实施例提供了一种可见光成像通信控制方法，本发明依据FSK-PWM调制技术，提高了照明质量，同时节约资源，降低了成本；通过OCC与LED灯具结合实现通信与照明一体化；此外，本发明的调解算法，能有效降低解码复杂度，提高解码准确度和速率。因此，本发明的一种可见光成像通信控制方法能够从调制方式上提高照明质量，满足照明需求，有效的节约资源。所述方法包括如下步骤：
S1、获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；
优选地，请参阅图4，所述获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号包括：
S11、依据FSK-PWM调制技术，利用频率4kHz、占空比50％与频率20kHz、占空比33％的PWM波形来表征所述输入数据；
具体地，在本实施例中，FSK-PWM调制技术即FSK(Frequency-shiftkeying)频率偏移调变，频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术，有实现简单、抗噪声及抗衰减性能好的优点。在二进制频移键控中，幅度恒定不变的载波信号的频率随着输入码流的变化而切换即高音和低音，代表二进制的1和0。产生FSK信号的方法是根据输入的数据比特是0还是1，在两个独立的振荡器中切换。请参阅图8，本发明利用频率4kHz、占空比50％与频率20kHz、占空比33％的PWM波形来表征所述输入数据。
S12、依据所述输入数据形成所述数字调制信号。
优选地，本发明的一种可见光成像通信控制方法的系统架构包括发射机和接收机；所述发射机包括调制模块、LED驱动模块及LED光源；所述接收机包括相机、调解器及解码器；所述调制模块用于接收输入数据，将所述输入数据转换成数字调制信号；所述LED驱动模块用于与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到所述LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；所述相机用于通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；所述解调器用于解调所述数字信号，产生数据流；所述解码器用于所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取。一方面，请参阅图2，在所述接收机中，所述相机、所述调解器及所述解码器可以设置为独立的模块；另一方面，请参阅图3，可以利用智能手机等设备内置相机作为接收机，从而能够显著降低系统的成本与复杂度，同时提升应用范围。
S2、控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；
S3、控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；
S4、调解所述数字信号，产生数据流；
优选地，请参阅图5，所述调解所述数字信号，产生数据流包括：
S41、依据所述数字信号提取感兴趣区域；
具体地，在本实施例中，ROI(region of interest)，感兴趣区域。机器视觉、图像处理中，从被处理的图像以方框、圆、椭圆、不规则多边形等方式勾勒出需要处理的区域，称为感兴趣区域，ROI。在Halcon、OpenCV、Matlab等机器视觉软件上常用到各种算子(Operator)和函数来求得感兴趣区域ROI，并进行图像的下一步处理。
S42、依据所述感兴趣区域中抽取第一行数据，并从所述第一行数据中获取第一包头及第二包头；
优选地，请参与图6，所述依据所述感兴趣区域中抽取第一行数据，并从所述第一行数据中获取第一包头及第二包头包括：
S421、获取所述第一行数据中的最大值和最小值；
S422、依据预设阈值提取出01符号以及符号宽度，得到第一符号宽度及第二符号宽度；
S423、依据所述最大符号宽度作为第一包头。
S43、依据所述感兴趣区域中抽取第二行数据，并从所述第二行数据中获取第三包头及第四包头；
优选地，请参阅图7，所述依据所述感兴趣区域中抽取第二行数据，并从所述第二行数据中获取第三包头及第四包头包括：
S431、获取所述第二行数据中的最大值和最小值；
S432、依据所述预设阈值提取出01符号以及符号宽度，得到第三符号宽度及第四符号宽度；
S433、依据所述第三符号宽度及所述第四符号宽度作为第三包头及第四包头。
S44、解码所述第一包头及所述第二包头得到符号序列。
S5、将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；
S6、依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。
优选地，所述将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取包括：
依据所述第一符号序列及所述第二符号序列恢复原始数据；
循环运行，并判断是否收到完整的数据；
当获得获得完整的数据时，输出到后端控制器进行信息提取。
优选地，所述预设阈值的设置公式为：
预设阈值＝0.55*最大值+0.45*最小值。
请参阅图9，明实施例提供了一种可见光成像通信控制装置，所述装置包括：
数字调制模块1，用于获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；
光信号调制模块2，用于控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；
数字信号转换模块3，用于控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；
调解模块4，用于调解所述数字信号，产生数据流；
解码模块5，用于将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；
可视化图形界面转换模块6，用于依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。
另外，结合图1描述的本发明实施例的一种可见光成像通信控制方法可以由一种可见光成像通信控制控制设备来实现。图10示出了本发明实施例提供的一种可见光成像通信控制设备的硬件结构示意图。
一种可见光成像通信控制设备可以包括处理器401以及存储有计算机程序指令的存储器402。
具体地，上述处理器401可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器402可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器402可包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器402可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器402可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器402是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器402包括只读存储器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EAROM)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。
处理器401通过读取并执行存储器402中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种可见光成像通信控制方法。
在一个示例中，一种可见光成像通信控制设备还可包括通信接口403和总线410。其中，如图10所示，处理器401、存储器402、通信接口403通过总线410连接并完成相互间的通信。
通信接口403，主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
总线410包括硬件、软件或两者，将一种可见光成像通信控制设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、超传输(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会局部(VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线410可包括一个或多个总线。尽管本发明实施例描述和示出了特定的总线，但本发明考虑任何合适的总线或互连。
另外，结合上述实施例中的一种可见光成像通信控制方法，本发明实施例可提供一种计算机可读存储介质来实现。该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种可见光成像通信控制方法。
综上所述，本发明实施例提供的一种可见光成像通信控制方法、装置、设备及存储介质。本发明通过通过获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；调解所述数字信号，产生数据流；将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。本发明依据FSK-PWM调制技术，提高了照明质量，同时节约资源，降低了成本；通过OCC与LED灯具结合实现通信与照明一体化；此外，本发明的调解算法，能有效降低解码复杂度，提高解码准确度和速率。因此，本发明的一种可见光成像通信控制方法能够从调制方式上提高照明质量，满足照明需求，有效的节约资源。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可见光成像通信控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；
控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；
控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；
调解所述数字信号，产生数据流；
将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；
依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。
2.根据权利要求1所述的一种可见光成像通信控制方法，其特征在于，所述获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号包括：
依据FSK-PWM调制技术，利用频率4kHz、占空比50％与频率20kHz、占空比33％的PWM波形来表征所述输入数据；
依据所述输入数据形成所述数字调制信号。
3.根据权利要求1所述的一种可见光成像通信控制方法，其特征在于，所述调解所述数字信号，产生数据流包括：
依据所述数字信号提取感兴趣区域；
依据所述感兴趣区域中抽取第一行数据，并从所述第一行数据中获取第一包头及第二包头；
依据所述感兴趣区域中抽取第二行数据，并从所述第二行数据中获取第三包头及第四包头；
解码所述第一包头及所述第二包头之间的数据得到第一符号序列；
解码所述第三包头及所述第四包头之间的数据得到第二符号序列。
4.根据权利要求3所述的一种可见光成像通信控制方法，其特征在于，所述依据所述感兴趣区域中抽取第一行数据，并从所述第一行数据中获取第一包头及第二包头包括：
获取所述第一行数据中的最大值和最小值；
依据预设阈值提取出01符号以及符号宽度，得到第一符号宽度及第二符号宽度；
依据所述第一符号宽度及所述第二符号宽度作为第一包头及第二包头。
5.根据权利要求4所述的一种可见光成像通信控制方法，其特征在于，所述依据所述感兴趣区域中抽取第二行数据，并从所述第二行数据中获取第三包头及第四包头包括：
获取所述第二行数据中的最大值和最小值；
依据所述预设阈值提取出01符号以及符号宽度，得到第三符号宽度及第四符号宽度；
依据所述第三符号宽度及所述第四符号宽度作为第三包头及第四包头。
6.根据权利要求3所述的所述的一种可见光成像通信控制方法，其特征在于，所述将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取包括：
依据所述第一符号序列及所述第二符号序列恢复原始数据；
循环运行，并判断是否收到完整的数据；
当获得获得完整的数据时，输出到后端控制器进行信息提取。
7.根据权利要求5所述的一种可见光成像通信控制方法，其特征在于，所述预设阈值的设置公式为：
预设阈值＝0.55*最大值+0.45*最小值。
8.一种可见光成像通信控制装置，其特征在于，所述装置包括：
数字调制模块，用于获取调制模块接收的输入数据，并将所述输入数据转换成数字调制信号；
光信号调制模块，用于控制LED驱动器与LED驱动电流进行交直流耦合，并将所述数字调制信号加载到LED光源上实现所述数字调制信号的电光转换，形成调制光信号；
数字信号转换模块，用于控制相机通过可见光信道接收所述调制光信号，并将所述调制光信号转换为数字信号；
调解模块，用于调解所述数字信号，产生数据流；
解码模块，用于将所述数据流解码成原始输入数据后输出到后端控制器进行信息提取；
可视化图形界面转换模块，用于依据提取后的信息数据，形成可视化图形界面。
9.一种可见光成像通信控制设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，当所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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