CN210246757U - Mimo成像可见光通信发射端、接收端及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种MIMO成像可见光通信发射端、接收端及系统，涉及可见光通信技术领域。其中发射端包括同向设置的上行光信号接收器、可见光数据发射器和可见光同步发射器，所述上行光信号接收器、可见光数据发射器和可见光同步发射器均与发射端数据处理模块连接；接收端包括同向设置的可见光数据接收器和上行光信号发射器，所述可见光数据接收器和上行光信号发射器均与接收端数据处理模块连接；系统包括上述发射端和接收端。本申请能够根据具体可见光链路（VLC）的质量或者其他感兴趣的比较指标，实现传输速率变化的通信过程，满足了一种单向MIMO成像可见光通信方法的实现。

Description

MIMO成像可见光通信发射端、接收端及系统

技术领域

本实用新型涉及可见光通信技术领域，尤其是涉及一种可以自适应传输速率的MIMO成像可见光通信发射端、接收端及系统。

背景技术

随着LED技术的成熟和发展，利用LED的电致发光高速响应特性实现高速通信的可见光通信技术逐渐发展起来。在可见光通信技术中，使用包含CMOS或CCD等感光传感器的摄像头作为接收终端的成像可见光通信系统在多输入多输出传输模式——即MIMO——方面具有一定技术优势。同时随着手机、监控设备等具备摄像功能的装置日益普及，摄像头作为可见光接收终端的再次投入成本几乎可以忽略不计，因此该通讯接收技术具有成本优势。但通用摄像装置的全幅帧采样速率一般在几十到几百帧/ 秒，同LED发射终端带宽(普通照明LED也可达到数兆)相比，显然是这种可见光通信技术的带宽短板。

图1所示的现有技术中，可见光通信系统是一种单向广播通讯，包括可见光发射端和可见光接收端。可见光发射端将待发射信息编码、调制后，转换成光信号，由LED发射器发射；可见光接收端的成像传感器，即摄像头，接收光信号，提取图像信息，并对图像信息解码得到信息数据。现有的可见光通信流程是，当可见光接收端的可见光数据接收器收到可见光发射端发射的光信号后，会生成一幅一幅的图像，每幅图像中可见光数据发射器的若干个LED阵元均呈现出多种的颜色或通断信号，可见光接收端采集图像并根据每一幅图像中各个阵元的色彩或通断进行解码，而后再将多幅的解码结果拼接得到完整的信息字段。

中国专利CN201410202584.0提供了一种兼容智能手机的可见光通信系统，该系统包含可见光发射端和可见光接收端，在可见光链路的一次单向通讯中，可见光发射端以预设的固定速率发送图像信号，可见光接收端以同样的固定速率接收并解析图像信号，从而完成一次单向通讯。该系统还包含了可以从发射端提供的可见光信息中提取部分信息用于通讯识别的方法，但该系统仍未解决MIMO成像可见光通信中自适应传输速率的技术问题，即，如果将通讯速率固定在一个较高的值，则在复杂条件下，其通讯质量难以保证，如果将通讯速率固定在一个较低的值，则不能实现较大的通讯带宽。

现有技术中，为提高摄像头的采样速率，可以通过对摄像头内的感光传感器进行分行曝光的方式提高全幅帧采样速率，即卷帘式曝光。该技术手段是在解决传输速率低的一个常用方法，但这需要可见光通讯接收端设备(如手机)距离发射源足够近，限制了传输的灵活性，同时也使得其在 MIMO传输中受到较多约束。

另一方面，在传输时，对于一般采用OOK调制的系统，可见光发射器的光强会有一定的变化，会导致成像摄像头在一定程度上测光、曝光不精准，从而使得成像图像明暗出现明显起伏，给图像中可见光信号的提取带来困难。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种MIMO成像可见光通信方法、发射端、接收端和系统，它能够根据具体可见光链路(VLC)的质量，实现传输速率变化的通信。

为解决上述技术问题，本实用新型提供给了一种MIMO成像可见光通信方法，包括以下步骤：根据低速率调制模式接收的第一光信号判断可见光链路的调制参数，并获取第一光信号携带的信息描述对象的简要信息。将所述调制参数和/或简要信息作为比较指标，根据携带有所述调制参数的上行光信号启动自适应调制模式；在自适应调制模式下接收携带有更高速率的数据帧信息的第二光信号；所述调制参数包含最大传输速率；所述第二光信号包括携带数据帧信息的图像信号和携带所述数据帧标识信息的同步信号。

基于上述方法，本实用新型第一方面提供了一种MIMO成像可见光通信发射端，包括：同向设置的上行光信号接收器、可见光数据发射器和可见光同步发射器，所述上行光信号接收器、可见光数据发射器和可见光同步发射器均与发射端数据处理模块连接。上行光信号接收器，用于接收承载有可见光通信控制信息的上行光信号，所述可见光通信控制信息中携带有工作模式切换指令或者通信传输速率信息；发射端数据处理模块，用于根据所述可见光通信控制信息切换工作模式或者对待发送信息编码、调制后生成驱动信号；可见光数据发射器，用于根据驱动信号在低速率调制模式下通过可见光链路发送第一数据帧，或者，在更高速的自适应速率调制模式下通过可见光链路发送第二数据帧；可见光同步发射器，用于根据驱动信号在低速率调制模式下通过可见光链路发送携带有第一数据帧的交替标识的第一光信号，或者，在自适应速率调制模式下通过可见光链路发送携带有第二数据帧的同步标识的第二光信号。其中，第一数据帧和第一光信号承载于第一图像信号，第二数据帧和第二光信号承载于第二图像信号。

在本实用新型第一方面的一些实施例中上行光信号接收器、可见光数据发射器及可见光同步发射器的光学主轴汇集于同一聚焦区域，以便与聚焦区域中的设备端通过可见光通信控制信息协同通讯，所述可见光通信控制信息中携带有同步信号周期信息，所述工作模式切换指令包括设备启动指令。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述可见光数据发射器包括一个或多个数据阵元，每个数据阵元包括多个线性排列的共轭单元，共轭单元即同一数据单元中的各个共轭单元在任一时刻所发送的光强度的总和保持不变；当可见光数据发射器包括多个数据阵元时，各数据阵元的排列方向与其内部各个共轭单元的排列方向正交或者存在正交分量，如单个数据阵元包括纵向上下排列的成对共轭单元时，每个数据阵元中的共轭单元为横向上下排列；所述可见光同步发射器至少包括一个同步阵元，同步阵元导通时所发射光强度等于前述数据发射器单个数据阵元中数据单元发射强度总和，在本实用新型一些实施例中，也可以配置不同的同步阵元与指定的不同数据阵元进行上述匹配，以实现复杂的光信号调制。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述可见光发射器中的数据阵元由两个数据单元组成，在发送数据时，两者光强度之和保持不变。可保证数据发射器在发射数据过程之中总体光强保持不变，具体的，若一个导通显示为1，则另一个则熄灭显示为0。以实现摄像头图像曝光稳定。

在本实用新型第一方面的一些实施例中，所述第一图像信号和/或第二图像信号的调制方法是复合调制，所述复合调制的一个部分采用空间像素调制、开关键控调制、颜色调制、脉冲宽度调制或者脉冲间隔调制。具体的，可以是可见光数据发射器的一个部分用于空间像素调制、开关键控调制、颜色调制、脉冲宽度调制或者脉冲间隔调制。

本实用新型第二方面提供了一种MIMO成像可见光通信接收端，包括：同向设置的可见光数据接收器和上行光信号发射器，所述可见光数据接收器和上行光信号发射器均与接收端数据处理模块连接。可见光数据接收器，用于通过可见光链路在低速率调制模式下接收第一数据帧及携带有第一数据帧的交替标识的第一光信号，或者，在自适应速率调制模式下接收第二数据帧及携带有第二数据帧的同步标识的第二光信号；接收端数据处理模块，用于对承载有所述第一数据帧和所述第一光信号的第一图像信号进行调制、解码后生成可见光通信控制信息，或者，对承载有所述第二数据帧和所述第二光信号的第二图像信号进行解调、解码后生成接收信息；所述可见光通讯控制信息中携带有工作模式切换指令或者通讯传输速率信息；上行光信号发射器，用于发送承载有可见光通讯控制信息的上行光信号。

在本实用新型第二方面的一些实施例中，所述可见光数据接收器采用逐行曝光模式成像。

在本实用新型第二方面的一些实施例中，包括变焦系统，用于调整发送第一图像信号和/或第二图像信号的目标阵元在可见光数据接收器中的成像面积；和/或，包括云台，用于调整发送第一图像信号和/或第二图像信号的目标阵元在可见光数据接收器中的成像位置。

在本实用新型第二方面的一些实施例中，所述接收端数据处理模块包括复合解调单元，复合解调单元可以是计算机或者专用芯片，复合解调单元用于对所述第一图像信号和/或第二图像信号进行复合解调，所述复合解调的一个部分采用空间像素解调、开关键控解调、颜色解调、脉冲宽度解调或者脉冲间隔解调。

在本实用新型第二方面的一些实施例中，所述可见光通信控制信息中携带有同步信号周期信息，所述工作模式切换指令包括设备启动指令。具体的，上行光信号发射器为红外信号发射器，以便通过标准协议在上行光信号中携带可见光通信控制信息。

本实用新型第三方面提供了一种MIMO成像可见光通信系统，该系统包括第一方面的MIMO成像可见光通信发射端和第二方面的MIMO成像可见光通信接收端。

在本实用新型第三方面的一些实施例中，包括控制端，用于向所述的 MIMO成像可见光通信发射端发送携带有工作模式切换指令的可见光通信控制信息。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例主要满足了一种MIMO 成像可见光通信方法的实现，该方法可以包含：MIMO可见光通信接收端通过在处于预定通信速率的低速率调制模式时获取MIMO可见光通信发射端的可用传输速率和低速信息(如待传输信息的对象的ID，名称，属性和基本参数等)，并选用其中一个较佳的传输速率，然后通知该MIMO可见光通信发射端切换到以该传输速率发送数据的自适应速率调制模式，从而实现自适应传输速率的MIMO成像可见光单向通信。在一些实施例中，多个MIMO成像可见光通信发射端和MIMO成像可见光通信接收端可以实现一种单向广播通讯模式，使得一个MIMO成像可见光通信接收端可以在多个 MIMO成像可见光通信发射端中选取最感兴趣的一个进行通讯，本实用新型使得可见光链路通讯质量允许作为这种选取的一个比较指标，并实现动态的调整系统的通讯速度。在一些实施例中，本实用新型的MIMO可见光通信接收端或者MIMO可见光通信发射端可以独立的按照所述MIMO成像可见光通信方法相应的工作，缺失的步骤可以由分立的不同模块数据耦合的配合完成而不局限于在同一设备内实现。

附图说明

图1是现有技术中可见光通讯系统的原理框图；

图2是本实用新型一个实施例中MIMO成像可见光通讯的原理框图；

图3是本实用新型一个具体实施例中MIMO成像可见光通讯发射端的结构框图；

图4是本实用新型一个具体实施例中MIMO成像可见光通讯发射端的结构示意图；

图5是本实用新型一个具体实施例中MIMO成像可见光通讯接收端的结构框图；

图6是本实用新型一个具体实施例中MIMO成像可见光通讯接收端的结构示意图；

图7是图4中MIMO成像可见光通讯发射端的一幅图像成像示意图；

图8是图4中MIMO成像可见光通讯发射端的另一幅图像成像示意图；

图9是本实用新型一个具体实施例中MIMO成像可见光通讯系统的示意图；

图10是图9中一个MIMO成像可见光通讯接收端的一幅图像成像示意图

图11是本实用新型一个具体实施例中MIMO成像可见光通讯发射端的一个状态示意图；

图12是图11中MIMO成像可见光通讯发射端的另一个状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的技术方案及技术效果作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

首先应当说明的是，本实用新型中如发射端数据处理模块、接收端数据处理模块等模块是完成具体完整功能单元的表述，在物理结构上可以是通过信号或数据耦合以协作完成该具体功能的多个分离部件也可以是完成该功能的一个集成部件，同时也可以是在一个集成部件中通过控制特定接口而完成指定功能的一个软件模块，如在运行多任务处理的CPU中的一个完成该功能的线程实例、进程实例或者完整应用。

本实用新型的核心思路是实现以下通讯方法，根据低速率调制模式接收的第一光信号判断可见光链路的调制参数以及所承载的其它低速信息 (如待传输信息的对象的ID，名称，属性和基本参数等)，根据携带有所述调制参数的上行光信号启动自适应调制模式，在自适应调制模式下接收携带有数据帧信息的第二光信号；所述调制参数包含最大传输速率；所述第二光信号包括携带数据帧信息的图像信号和携带所述数据帧标识信息的同步信号。本实用新型所述第一光信号和第二光信号由于其携带信息、调制方法或用途的不同，因此使用第一、第二予以区别，两者的其他不同点和其带来的效果亦可以在本说明书描述中显易的得出。另外，在描述第一光信号和第二光信号的数据帧的结构、作用或者处理方法时，为区分数据帧的不同，使用第一数据帧和第二数据帧予以区分，其具体区别亦可以从本说明书描述中显易得出。

实施例一

为整体说明本实用新型提供的技术方案，如图2所示，本实施例是由一个MIMO成像可见光通信发射端和一个MIMO成像可见光通信接收端组成的MIMO成像可见光通信系统，在本实用新型具体实施方式中，除非上下文清楚地表示其他含义，所述发射端、接收端和系统均指MIMO成像可见光通信发射端、接收端和系统。本实施例系统可以完成从发射端到接收端的单向通讯，本领域技术人员知晓，如果系统中包含两个同时设有发射端和接收端的装置，则相应的可以完成两个装置间的双向通讯。

与图1中现有技术的可见光通讯系统比较，本实施例在发射端增设了上行光信号接收器，在接收端增设了上行光信号发射器，由此，在单向通讯的可见光链路外，增加了一个上行光链路，该上行光链路用于向发射端提供与单向通讯的可见光链路相关的可见光通信控制信息。具体的，该上行光链路的一个作用在于，在正式的或者大数据量的可见光链路单向通讯前由接收端向发射端提供一个携带有自适应速率调制信息的上行光信号，自适应速率调制信息包括通信传输速率信息。该上行光链路的一个作用还在于，在发射端处于一个工作状态时，可以由希望与其通讯的接收端向其提供一个工作模式切换指令，以便启动单向通讯的可见光链路。相应的，本实施例的发射端的工作模式包括待机模式、低速率调制模式和自适应速率调制模式，其中，待机模式指省电、关机等无可见光输出的状态，低速率调制模式指现有技术中按照预定调制模式和调制速率输出可见光的状态，自适应速率调制模式指按照上行光信号动态设置的调制模式和调制速率输出可见光的状态。本实施例中低速率调制模式的发射端，一个作用在于通过可见光链路向不特定的接收端广播的提供简要数据信息，另一个作用在于为接收端提供用于评估可见光链路的可见光图像。在一些具体实施例中，简要数据信息可以是发送端的标识信息、待发送信息的长度信息等接收端用于评估是否建立自适应速率调制通讯的信息。相应的，不同于现有技术，本实施例发射端包括可见光同步发射器，以配合可见光数据发射器以便于可见光接收端提取其时钟信息，也就是数据发射的基准时序，可以看做是发送最小单位的一个数据0或1的脉冲长度，在一些情况下也可用于配合提供复合的调制模式。相应的，本实施例的发射端数据处理模块在完成现有技术的解码、编码、加密、驱动等功能外，还用于根据所述可见光通信控制信息切换工作模式，并根据不同工作模式使用不同的调试方法对待发送信息编码、调制后生成驱动信号，驱动信号用于分别控制可见光同步发射器和可见光数据发射器。

与发射端相对的，本实施例的接收端增加了上行信号发射器用于实现与上行光信号接收器之间上行光链路通讯，上行光链路的上行光信号承载有影响发射端自适应速率调制模式的可见光通讯控制信息。由于本实施例的可见光数据接收器一方面需要同时接收可见光同步发射器和可见光数据发射器共同组成的图像，一些情况下可以是复合的调制信号，另一方面需要根据因此本实施例接收端数据处理模块需要有对符合此图像的处理和是识别其中包含的可见光信号的能力，可以选用计算机连接摄像设备采集图像，运行调用OpenCV库的程序实现接收端数据处理模块的图像处理和可见光信号的解调。特别的，另一些实施例中，接收端数据处理模块可以包含图像信号处理器和神经网络识别的视频处理芯片，以便从来自可见光数据接收器全视野成像中提取发射端的图像，并解码出信息。

本实施例的第一方面，实现以下MIMO成像可见光通讯步骤：

步骤101，接收端数据处理模块根据第一请求通过上行信号发射器向待机模式发射端发送携带有设备启动指令的上行光信号；

步骤102，发射端数据处理模块通过上行信号接收器接收携带有设备启动指令的上行光信号后，将发射端工作模式切入低速率调制模式。

在该方面的一些具体实施例中，设备启动指令包含用于低速率调制模式的指定的调制模式和传输速率等对发射端的设置信息，设置信息是满足一个通讯协议的可变数据；在该方面的另一些具体实施例中，发射端具有默认预设的用于低速率调制模式的调制模式和传输速率，设备启动指令是一个固定的信号。

本实施例的第二方面，实现以下MIMO成像可见光通讯步骤：

步骤201，处于低速率调制模式的发射端数据处理模块将待发送信息编码、调制后通过驱动信号耦合的控制可见光发射器输出携带待发送信息的第一数据帧，并且，控制可见光同步发射器输出携带有第一数据帧的交替标识的第一光信号；

步骤202，接收端数据处理模块根据可见光接收器中可见光发射器和可见光同步发射器成像的图像判断当前可见光链路通讯质量。

该方面一些具体实施例中，待发送信息是发射端的简要数据信息；该方面另一些具体实施例中，待发送信息是现有技术中可见光通讯的正常数据。

本实施例的第三方面，实现以下MIMO成像可见光通讯步骤：

步骤301，处于低速率调制模式的发射端数据处理模块将待发送信息编码、调制后通过驱动信号耦合控制的可见光发射器输出携带待发送信息的第一数据帧，并且，控制可见光同步发射器输出携带有第一数据帧的交替标识的第一光信号；

步骤302，接收端数据处理模块根据可见光接收器接收的承载有所述第一数据帧和所述第一光信号的第一图像信号进行调制、解码，生成与待发送信息一致的接收信息。

该方面一些具体实施例中，待发送信息是发射端的简要数据信息；该方面另一些具体实施例中，待发送信息是现有技术中可见光通讯的正常数据。

本实施例的第四方面，实现以下MIMO成像可见光通讯步骤：

步骤401，接收端数据处理模块根据第二请求基于对可见光链路通讯质量评估的结果生成可见光通信控制信息，并通过上行光信号发射器向发射端发送可见光通信控制信息；

步骤402，发射端数据处理模块对通过上行光信号接收器接收的可见光通信控制信息处理后提取指定的调制模式和传输速率，将工作模式切入自适应速率调制模式，并控制可见光发射器发送携带有待发送信息的第二数据帧，同时，控制可见光同步发射器发送携带有第二数据帧的同步标识的第二光信号。

步骤403，接收端数据处理模块根据可见光接收器接收的承载有所述第二数据帧和所述第二信号的第二图像信号进行调制、解码，生成与待发送信息一致的接收信息。

该方面的待发送信息在一些具体实施例中可以与本实施例第二方面或者第三方面所述的待发送信息是上下文关系或者不是上下文关系。

实施例二

本实施例是由两个发射端和一个接收端组成的系统，与实施例一的区别在于，本实施例的一个方面，实现以下MIMO成像可见光通讯步骤：

步骤501，接收端向处于待机状态的两个发射端发送携带有工作模式切换指令的可见光通信控制信息，工作模式切换指令包括设备启动指令；

步骤502，两个发射端接收到设备启动指令后均切入到低速率调制模式，同时，发射端数据处理模块将待发送信息编码、调制后通过驱动信号耦合的控制可见光发射器输出携带第一待发送信息的第一数据帧，并且，控制可见光同步发射器输出携带有第一数据帧的交替标识的第一光信号；

步骤503，接收端接收到两个发射端的第一数据帧和第一光信号后，分别解调、解码后，生成与两个发射端各自的第一待发送信息一致的第一接收信息；

步骤504，接收端根据一个携带有比较指标的请求，从所述两个第一接收信息中选取一个符合所述比较指标的第一接收信息，并向该第一接收信息的源发射端发送携带有工作模式切换指令和通信传输速率信息上行光信号；所述比较指标可以是对接收到多个发射端中的低速信息中包含对象的有关参数，譬如温度、压力、数量等状态参数进行比对，选取在某一个维度方面最大或在一定范围内，譬如温度最高或在感兴趣范围内的作为待选自适应通信对象。

步骤505，所述源发射端在接收到上行光信号后，切入符合所述通信传输速率信息的自适应速率调制模式，并向接收端发送携带第二待发送信息的第二数据帧，并且，输出携带有第二数据帧的同步标识的第二光信号；

步骤506，接收端接收到上述步骤504选取的发送第二光信号的发射端的第二光信号后，解调、解码后，生成与所述源发射端的第二待发送信息一致的第二接收信息。

实施例三

本实施例是由三个发射端、两个接收端和一个作为控制端的遥控设备组成的系统，与实施例一、实施例二的区别通过以下操作步骤予以说明。

本实施例的第一方面，实现以下MIMO成像可见光通讯步骤：

步骤601，遥控设备向三个处于待机模式的发射端发送携带有工作模式切换指令的可见光通信控制信息，工作模式切换指令包括设备启动指令；

步骤602，三个发射端接收到设备启动指令后均切入到低速率调制模式，并同时向外广播携带有各自简要信息的第一图像信号，第一图像信号的一部分可见光信号承载携带简要信息的第一数据帧并由可见光发射器广播输出，另一部分可见光信号是承载第一数据帧的交替标识的第一光信号并由可见光同步发射器同步广播输出。

步骤603，每个接收端均同时接收到三个发射端各自的简要信息后，从中选取感兴趣的发射端，并对其发送上行光信号，要求其转入自适应速率调制模式，并在自适应调制模式下回传其简要信息对应的详细信息。具体的，接收端根据一个携带有比较指标的请求，从所述三个简要信息中选取一个符合所述比较指标的源发射端，并向该简要信息的源发射端发送携带有工作模式切换指令和通信传输速率信息上行光信号；

步骤604，通过上行光信号接收器接收到切入自适应速率调制模式请求的发射端，转入自适应速率调制模式，并通过可见光同步发射器发出忙碌标识，以拒绝其他接收端向其再次发送上行光信号。

步骤605，进入自适应速率调制模式的发射端根据请求发送承载详细信息的第二图像信号，第二图像信号的调制方式与第一图像信号的调制方式不同，可叠加于第一图像信号上。第二图像信号的一部分可见光信号承载携带详细信息的第二数据帧并由可见光数据发射器输出，另一部分可见光信号是承载第二数据帧的同步标识的第二光信号并由可见光同步发射器同步输出。

本实施例的第二方面，实现以下MIMO成像可见光通讯步骤：

步骤701，第一接收端和第二接收端接收到三个发射端各自的简要信息后，均从中选取感兴趣的第一发射端，并对其发送上行光信号，要求其转入自适应速率调制模式。

步骤702，第一发射端优先接收到第一接收端的上行光信号并转入自适应速率调制模式后，通过可见光同步发射器发出忙碌标识。

步骤703，第二接收端接收到第一发射端的忙碌标识，转而向第二发射端发送上行光信号，或者，等待第一发射端发送空闲标识，即重新进入低速率调制模式。

下面通过基于上述实施例的具体实施例阐述本实用新型提供技术方案涉及的技术细节，以便进一步清楚完整的为技术人员提供用于改进的启发。

具体实施例一

如图3所示，本实施例是一个发射端，具体为便携式移动设备，包括：上行光信号接收器、位于LED发光阵列上的可见光数据发射器和可见光同步发射器、连接上行光信号接收器和LED发光阵列的发射端数据处理模块以及为上述部件供电的发射端电源模块。发射端数据处理模块由单片机，寄存器，电源驱动模块以及相应电路组成，LED发光阵列内每个像素均可以被发射端数据处理模块单独的控制通断、颜色以及脉冲频率、脉宽、亮度等参数。

具体的，如图4所示：发射端外部一个面上的一端设有红外传感器作为上行光信号接收器10；该面中部位置的LED发光阵列20上，存在三个不同区域的LED阵元组成可见光数据发射器，三个LED阵元为三个数据阵元21、22、23；每个数据阵元均有两个数据单元组成，若单个数据阵元为横向相接排列，则两个数据单元纵向排列。该面与上行光信号接收器相对的另一端的LED显示屏20上，存在一个固定区域的LED阵元作为可见光同步发射器，该LED阵元作为一个同步阵元30，同步阵元30纵向列长大于可见光数据发射器整体的纵向列长，以实现在可见光数据接收器内成像过程中的同步冗余,即在发射端同接收端可见光数据接收器的传感器的行扫描方向未放置完全垂直的情况下(有一定较小的夹角)仍能够实现同步信号与数据信号条纹的对应。在其他具体实施例中，上行光信号接收器、可见光数据发射器和可见光同步发射器在一个面上的排列方式也可以是与本实施例中一字型排列不同的三角形排列；可见光数据发射器和可见光同步发射器可以是位于不同LED发光阵列的不同形状的LED阵元或者是可以高频显示的OLED、LCD等成像阵元；上行光信号接收器10可以是红外传感器或者摄像头等可以感知光线的光-电传感器；为了获取更大的通讯带宽或更高的通讯质量，可见光数据发射器也可以由更多的数据阵元组成，如可以是多行多列个RGB-LED组元构成多个数据阵元。

本实施例在被设备启动指令激活后，可见光数据发射器以预先编制的能够与绝大多数摄像头所匹配的传输模式循环广播携带简要信息的第一图像信号，简要信息包括需要通过自适应速率调制模式发送的详细信息的特征数据，如长度、优先权重等以及所承载的其它低速信息(如待传输信息的对象的ID，名称，属性和基本参数等)，简要信息中的一个或多个数据可以用于作为步骤504中接收端第一接收信息的比较指标的一个具体示范，第一图像信号的调制方式主要为空间像素调制和颜色调制的复合调制，同时，可见光同步发射器则开始按照一个确定的驱动信号进行闪断，闪断频率可以是同步信号频率。

本实施例发射端的至少一个功能是通过空间像素调制和颜色调制的复合调制，将简要信息以可见光信号(如第一图像信号)的方式发射出来。作为一个简化的示范，本实施例的发射端发送的简要信息分割后携带于多个第一数据帧，根据可见光发射器同时表达的信息长度对第一数据帧分组，每组对应一幅图像时，定义LED发光阵列非可见光数据发射器或可见光同步发射器区域的像素为黑色，三基色红、绿和蓝分别代表11、10和01，每个数据阵元在发送一幅图像的时刻全部像素呈现红、绿、蓝之一，同时，结合数据阵元中上下两个共轭数据单元的开与关，可以进一步的调制为红色上开下关、上关下开为分别为为011，111，绿色上开下关、上关下开为分别为为010，110，蓝色上开下关、上关下开为分别为为001，101。同步阵元在发送一个第一数据帧期间全部像素呈现紫、黄等复合色之一以便区别于数据阵元的颜色，同步阵元在发送两个相邻第一数据帧时呈现不同的颜色以作为第一数据帧的交替标识。譬如，在发送由5幅图像组成的一个第一数据帧期间，同步阵元表现为紫色。当第5幅图像发射完毕后，继续发送下一个第一数据帧时，同步阵元变为黄色。在低速率调制模式下，可见光同步发射器的一个方面的作用是通过颜色的变化来实现数据帧的交替标识。

本实施例中空间像素调制指的是发射端采用多个数据阵元按照一定的空间形状排列，一般的可以采用首尾相接或者矩阵排列等方法，每一个数据阵元由多个点光源组成，每一个数据阵元均可以独立控制其内部点光源的通断、颜色、亮度。颜色调制指的是每个数据阵元通过不同的颜色代表不同的数据编码，共轭单元指的是每个数据阵元中设置的两个以上的独立控制的发光阵元，同一数据阵元中各个共轭单元的发光总亮度保持不变，可以体现为发射总功率保持不变。本具体实施例中每个数据阵元中包括两个共轭单元，具体的，如图11、12所示的基于本具体实施例的改进实施例中，发射端包括数据阵元21、22、23以及同步阵元30，其中每个数据阵元包括两个共轭单元，且共轭单元的排列都如数据单元21的共轭单元211、 212所示，在调制过程中，每个数据阵元中其中一个为接通，如共轭单元211，另一个为断开，如共轭单元212；在图12中按照上下排列的共轭单元(相对于数据阵元左右排列而言)，利用上下不同位置的通断实现编码调制信息，若仅对上半部分的共轭单元211来说，其编码方式即为OOK编码。这种方式可以保证总的光强度输出稳定。由上述多个颜色调制的数据阵元组合起来就构成了空间像素调制和颜色调制的复合调制，能够有效的提高光传输速度。如果单个颜色调制数据阵元传输速率为V，而构成可见光数据发射器的数据阵元数量为N，则理论上可见光数据发射器的最大传输速度为N×V。

本实施例发射端在接收到携带有自适应速率调制模式启动指令的可见光通信控制信息后(所述启动指令包含一个调制速率v)切入自适应速率调制模式，可见光数据发射器以指定的调制速率v通过高频叠加调制方法发送承载上述的详细信息的第二图像信号。第二图像信号的高频叠加调制方式可以是开关键控(OOK)调制、脉冲宽度调制、脉冲间隔调制等高频调制和颜色调制的复合调制，同时，可见光同步发射器则开始按照调制速率 v通过开关键控(OOK)调制进行闪断发送同步标识，同步标识为同步阵元发出按照给定频率等时间间隔输出通断的光信号，一个给定方式是通过启动指令给定。

本实施例发射端的至少一个功能是通过在自适应速率调制模式下，通过将承载详细信息的第二图像信号通过高频调制输出，同时允许叠加在低速调制的第一图像信号上，即，在自适应速率调制模式下，同时具有点对点的单向高频可见光链路和单向广播的低频可见光链路广播，以便在高速单点传输详细信息的同时，向系统内其他接收端低速传输简要信息。作为一个简化的示范，本实施例的发射端发送的详细信息分割后携带于多个第二数据帧，每个第二数据帧都包含帧头段、数据段和帧尾段，根据可见光发射器包含数据阵元的数量对第二数据帧分组，每组通过一个数据阵元发送，定义LED显示屏非可见光数据发射器或可见光同步发射器区域的像素为始终全亮，三个数据阵元同步发送三组数据，定义其范围全亮为1，全灭为0，则每个开关状态的输出周期内分别传输三组数据的一位数据。该示范的承载第二数据帧的第二图像信号可以叠加在上述承载第一数据帧的第一图像信号上。在一些实施例中，示例中高速调制方法也可以是脉冲宽度调制、脉冲间隔调制等。

本实施例可见光同步发射器的一个功能在于通过第一光信号标识发射端当前的通讯状态。一个简化的示例是，当发射端处于空闲状态时可见光同步发射器为黄色和靛色交替闪烁，当发射端处于忙碌状态时可见光同步发射器为橙色或者紫色交替闪烁。

本实施例可见光同步发射器的另一个功能在于通过第二光信号标识当前可见光数据发射器的调制速率v，一个简化的示例是，当可见光数据发射器在OOK方式发送第二数据帧时，可见光同步发射器以具有固定的调制速率v的OOK方式同步闪烁，如当前开关状态的输出周期内为全亮，则下个开关状态的输出周期内则为全灭，从而在利用卷帘效应逐行扫描成像的接收端形成明暗相间的同步条纹作为同步标识。

本实施例在低速率调制模式下，一个数据阵元内的每个像素在一幅图像中具有相同的第一像素值，同步阵元内的每个像素在一个数据帧中具有相同的第二像素值。在自适应速率调制模式下，任何时刻一个数据阵元或者一个同步阵元内的每个像素具有相同像素值。

具体实施例二

如图5所示，本实施例是与具体实施例一中发射端相应的接收端，包括上行光信号发射器、可见光数据接收器、调节可见光数据接收器成像视野和焦距的变焦系统、调节可见光数据接收器成像轴线的云台、分别连接控制接收端中各部件的接收端数据处理模块以及为各部件供电的接收端电源模块。接收端数据处理模块包含运行指令以实现本实用新型涉及功能的计算机、摄像头、云台控制器、变焦系统控制器等必要硬件设备。可见光数据接收器的成像传感器、变焦系统的镜头组与上行光信号发射器采用共基座安装，并进行光轴校准，使得在发射端的成像位于成像传感器中央时，上行光信号发射器的光束能够指向于上行光信号接收器。成像传感器为能够实现逐行扫描成像的传感器

具体的，如图6所示，接收端外部的一个面上设有摄像头作为可见光数据接收器41，摄像头由内部微电机控制的调焦系统控制成像焦距，接收端外部设有用于调整摄像头镜头轴线的方向和绕轴线旋转角度的云台43。该面上摄像头的一侧设有红外信号发射器作为上行光信号发射器42。下方的云台43用于调整目标阵元在可见光数据接收器41中的成像位置并对摄像头位置进行约束以满足对目标阵元逐行扫描的方向条件。变焦系统用于调整目标阵元在可见光数据接收器中的成像面积。目标阵元包括数据阵元和同步阵元。

在广角状态下接收到多个低速率调制模式的发射端的第一图像信号后，接收端提取各个发射端的简要信息，并选取其中一个感兴趣的发射端，然后调整可见光接收器的轴线使其对准该发射端，并调节变焦系统将该发射器的成像面积调至尽可能大。然后测量与该发射端之间可见光链路的通讯质量，包括调制速率v。与具体实施例一中一个简化的示例对应的，通过一个简化的示例说明调制速率v的估算方法，如图7所示，对发射端在可见光接收器内成像传感器44的成像建立坐标，X为横向，Y为纵向；设 x，y分别为单个目标阵元在可见光接收器成像传感器44所占据的像素单元的横向个数和纵向个数，对于发射端每个目标阵元在成像传感器44上的尺寸即为x×y。则此时可见光链路一幅图像能够传输的最大数据尺寸长度即为y个像素。如果第二图像信号采用OOK方法调制，考虑到调制的最小条纹要能够被摄像头的最小像素所覆盖检测，因此，取最小条纹至少为最小像素的2倍。若整个成像传感器44尺寸Y方向为C个像素单元，则在一幅图像输出的周期Ts内，传输数据即为以y/2C×Ts的周期，频率为f＝2C/ (y×Ts)进行2C/y次(此处的所有数字运算后均取整数)循环播放的编码调制，若整个发射端有N个阵元，每个阵元均以上述速率对自身的信息进行同步循环编码发送，则最大传输速度为N×y/2bit每图像周期。最小数据条纹的脉冲时间间隔为t₀＝2/C*Ts。

本实施例接收端的一个方面的功能还包括：在发射端处于自适应速率调制模式时，可见光数据接收器采用逐行曝光模式成像，以便获取叠加在第一图像信号上的第二图像信号，接收端的可见光数据接收器收到发射端在一个时刻呈现的图像信号后，会成像生成一幅图像，可以进行解码，而后在将多个数据阵元的编码拼接得到完整的信息字段。与具体实施例一中一个简化的示例对应的，如图8所示，对于采用OOK调制方法的发射端，需通过云台对摄像头位置进行约束以满足逐行扫描的方向条件：即摄像头逐行扫描的方向需沿Y轴方向自上而下或自下而上扫描，方能得到图7中的明暗条纹。其原理是，发射端处于自适应速率调制模式时，接收端采用逐行曝光模式，由于可见光数据发射器各个数据阵元的的高速闪变,则在成像过程中各个数据阵元的图像就会呈现出一行一行明暗相间的条纹，即卷帘效应。由于发射端传输的详细信息按照每个第二数据帧的发送周期进行剪截、分包，第二数据帧的发送周期即为接收并生成第二图形信号中一幅图像的时间周期T。若需要传输数据为Mbit，每个第二数据帧的发送周期能够发射的数据为m比特位(bit)，则需要将传输数据剪为n＝M/m(向上取整数)个第二数据帧，每个第二数据帧发送周期依次发射一图像数据，需要n个第二数据帧发送周期能够发射完毕。每个数据帧周期的数据信息其格式为帧头段、数据段和帧尾段。帧头段为该帧的开始标志并记录帧的编号(包含总帧数n的信息)，帧尾段作为结束标识并作为校验。在接收端接收第二图像信号时，将接收到的n个帧的帧数据去除帧头和帧尾，拼接起来，就得到了第二图像信号承载的完整详细信息。由于可见光同步发射器在自适应速率调制模式下，始终以一个调制速率v通过OOK方式调制，在接收端中成像后为一组等间隔明暗的条纹，即同步标识。同步标识通断频率与数据阵元的频率保持一致，在接收端远程成像产生的一幅图像上，同步标识在卷帘效应下应为明暗等间隔相间的一组条纹，接收端的可见光接收器通过逐行采样得到的条纹提取同步阵元的通断频率。

同步标识的条纹在时刻上与前面所述的可见光数据发射器数据阵元 21、22、23成像产生的条纹有着严格的对应关系，由于逐行扫描成像，则每一行的成像像素在同一时间曝光，因此，在该行上所得到的同步标识的明暗条纹数据即标识该行的数据阵元成像条纹明/暗所对应的数据。提取数据阵元每行条纹的数据的时候，以同步标识为基准，在同步标识条纹为暗纹的行提取数据，则该数据为奇数位，在同步条纹为明纹的行提取数据，则该数据为偶数位。将这些数据按照不同的数据阵元进行重新排列，明文对应1，暗纹对应0，再去除帧头段帧尾段，进行拼接后得到二进制的数据字段，而后进行解码得到需要的信息。如发射端使用ASCII码进行字符编码，则同一个数据帧之内的若干幅图像可以将解码出的编码字段进行拼接，从而得到完整的ASCII字符。

具体实施例三

如图9所示，本实施例是由三个如具体实施例一所述的发射端51、52、 53和如具体实施例三所述的接收端61、62组成的系统，还包括一个遥控设备，是一个单向广播通讯系统。发射端51、52、53均位于接收端61、 62的可见光数据接收器的视野范围内，即接收端61或接收端62同时能够接收到发射端51、52、53发送的可见光信号，但在初始状态下，接收端61、62的轴线并不具体朝向发射端51、52或53之一。

本实施例的一个方面用于实现以下功能：如图10所示，接收端61的成像传感器44通过变焦系统和云台调节至视野包含发射端51、52和53的成像，根据每个发射端成像的位置，解码出的数据同其在空间的位置匹配，可以做到低速率状态下的MIMO单向通信，适用于简要信息的传输。简要信息一般按照大多数接收端的接收能力设置传输速度和方式，由于一般消费级摄像头一般接收速率不超过30至60帧/秒，而按照奈奎斯特原理，对于发射端要做到无失真传输信息则要以接收端接收速率的一半发射，发射端低速率状态下传输的图像速率应不超过15帧/秒。可见光通信信号的调制方式主要有开关键控调制，颜色调制，脉冲宽度调制，脉冲间隔调制等调制方式。在于本实施例类似的其他实施例中，一个区别在于，低速率调制模式下系统工作原理与传统的可见光通信系统相同。

本实施例低速率调制模式通讯时，上行光信号发射器用于发出启动信号，使发射端开机并开始以自适应速率调制模式工作。

本实施例在自适应速率调制模式通讯时，每一个接收端需要对应一个发射端。如发射端51对应接收端61自适应速率调制模式通讯时，发射端 52或53只能对应接收端62进行自适应速率调制模式通讯。

本实施例中，上行光信号发射器使得系统对单向可见光链路具备自适应速率判别功能，上行光信号接收器使得系统对单向可见光链路具备自适应速率调制叠加功能。

本实施例一个方面的通讯方法包括如下步骤：

步骤801，遥控设备向三个处于待机模式的发射端51、52、53发送激活信号，激活信号是满足如红外遥控NEC协议等特定数据编码的光信号，激活信号中含有开关命令信息，同步信号周期信息等参数；

步骤802，发射端51、52和53的内部组件转入工作状态，并通过各自的可见光发射器广播承载简要信息的第一图像信号。对本实用新型发射端而言，简要信息的调制方式为空间像素调制和颜色调制的复合调制，其中空间调制表现为各个数据阵元及组成数据阵元的共轭数据单元在空间位置安放上符合一定规律，以不同发光单元的通断实现调制。与此同时，各个发射端的可见光同步发射器则开始按照激活信号输入的同步信号周期频率进行闪断输出开关键控调制的同步标识。

步骤803，在低速调制模式下，接收端61或62接收到发射端51、52 和53发来的简要信息，当需要对某个可见光发射端感兴趣，需要进一步了解详细信息的时候，就需要同其建立自适应速率调制连接通道。具体的，接收端61需要进一步了解发射端51的详细信息，则将接收端61控制云台使成像轴线对准发射端51，使发射端51的成像位于接收端61成像传感器的中心位置，并通过变焦系统调整焦距，使发射端51的成像尽可能的充满接收端61成像传感器有效感光区域，也即成像传感器的视野。具体的，简要信息可以是信息描述对象的若干属性，如信息表述对象是一本书，简要信息可以是该书的书名，出版社，作者，摘要等等，详细信息是该书包含简要信息的全部内容；如信息描述对象是发动机工况参数，简要信息可以是故障状态码、关键指标等，详细信息可以是全部发动机工况参数。接收端61接收多个发射端的承载上述信息的第一光信号后，根据预配置的或者一个选择请求携带的比较指标，选取感兴趣的发射端使用上行光信号切换该发射端到自适应速率调制模式以获取相应的详细信息。

本实施例中接收端数据处理模块驱动带有电机调节的云台调整角度，通过电动马达驱动成像系统进行焦距调节，并通过变焦系统进行对准和放大，使发射端51位于主要视野的中央并直至放大到充满视野。在另外一些实施例中，可以通过手动调节接收端的位置、角度和距离，并使接收端61 的上行光信号发射器对准发射端51的上行光信号接收器，进一步的，可以在接收端61上增加激光测距器以得到接收端61和发射端51之间的距离信息，激光测距器可以集成于上行光信号发射器中，距离信息可用于辅助调节变焦等用途。具体的，简要信息的构成是这样的，简要信息由初始帧、数据帧组成。初始帧标志本轮通信的开始，同时初始帧携带发射端51的一些基本数据，如阵元数量，阵元颜色调制的颜色种类等。发送初始帧时，各数据阵元必须以不同的基本色颜色发光，以方便接收端清晰分辨出发射端51的各个数据阵元；同时同步阵元要发出光信号，其颜色必须区别于数据阵元光信号，可以是复合颜色。初始帧按照以上原则固定为一种图像结构，如三个阵元以红蓝绿排列，再加上同步阵元点亮的组合帧结构，写入接收端的检测算法是，当接收端一旦检测到同步阵元点亮同时数据阵元以红蓝绿点亮排列，则判断为初始帧，初始帧一方面可以标志数据传输开始，同时还可以通过初始帧识别、定位出发射端的可见光同步发射器和可见光数据发射器的位置，以帮助接下来的数据进行接收判读。

步骤804，如果接收端61接收到发射端51为空闲状态，则通过接收端61的上行光信号发射器给出自适应调制模式通讯启动信号，可见光发射端2的上行光信号接收器接收到后开始自适应调制。发射的信号中包含了启动信息和调制速率信息。

步骤805，发射端51根据接收端61的请求通过自适应速率调制模式发送承载详细信息的第二图像信号，并发送忙碌状态信号。优选的，本实施例自适应速率调制模式同步发送与第二图像信号叠加的第一图像信号以便接收端62可以继续接收发射端51的第一图像信号。

具体的，发射端51根据上行光信息中可匹配的最大速率为基础，对待发射的报文信息在匹配速率状态下进行编码，叠加调制到可见光发射器发出的低速信号循环广播信号，即第一图像信号的一部分上，在单个第一图像信号的图像的颜色调制信号上进行高频率叠加调制，单个帧即为单个时间点一次成像的图像结构。接收端的上行信号发射器以开关键控OOK调制发射的频率f为接收端通过上述算法算出的最大频率的光信号，可见光发射端的上行信号接收器在接收到上行发射器的信号后，根据上行发射器的发射频率f循环播报本帧数据，同时同步发射器按照所发送最小数据条纹的最小时间间隔t₀等间隔发送同步光信号。以由数据0和数据1组成的信号同步光信号为例，可以在[0,t₀]期间发送数据1，[t₀,2t₀]期间发送数据 0，[2t₀,3t₀]期间发送数据1，…如此循环。

在另一些实施例中，上行信号发射器可以是可见光发射器，在这些实施例中，上行信号发射器采用不少于两种颜色来交叉发射，以控制发射端发射的图像周期变化，假定奇数帧为紫色，偶数帧为靛色，当接收端接收一帧图像完毕后，则接收端控制上行信号发射器变换颜色。发射端识别到颜色变化后开始下一个帧周期数据的循环播报，直至上行发射器的颜色再次改变。

在整个高速通信过程中，该可见光发射端处于占用状态，同步信号发射器发出有别于初始状态的被占用信号并能够被其他接收端识别，其他成像接收端只能接收其广播到的低速信号，不可进行高速通信。

步骤806，接收端61在接收到发射端51的叠加有第一图像信号和第二图像信号的单幅图像后，提取该帧的明暗条纹。明暗条纹包含两部分，一部分是携带同步标识的同步条纹，另一部分是携带详细信息的数据的数据条纹。

如图4所示，第一条纹在纵向尺寸上大于第二条纹，纵向尺寸也可以理解为在接收端61成像传感器上所占据的成像像素的行数，以满足在单帧时间内同步标识的完全覆盖数据阵元的成像高度。当接收端61逐行扫描间隔固定时，第一条纹始终是等间隔明暗相间的，这是因为同步阵元的闪断频率由上行光信号发射器给定的固定刷新频率f/2所确定，由于高频逐行扫描成像原理，发射端51的同步阵元在成像端61接收的图像中呈现等间隔明暗条纹。

第二条纹在时刻上与第一条纹有着严格的对应关系，由于成像传感器为逐行扫描，则每一行的成像像素在同一时间曝光，因此，在该行上所得到的第二条纹的明暗条纹数据即是同该行的第一条纹明/暗所对应时刻的数据。从图像中提取数据的时候，以第一条纹为基准，在第一条纹为暗纹的行提取数据，则该数据为奇数位，在第一条纹为明纹的行提取数据，则该数据为偶数位。将这些数据重新排列，明文对应1，暗纹对应0。通过对二进制数据的排列，可以约定帧头为1111标识开始，而后为帧编号，格式为总N帧中的第n帧，紧随着为数据位，而后是帧尾，即从图像中解析出完整数据。

步骤807，在完成通信后，接收端61通过上行光信号发射器发出释放指令，则发射端51完成自适应速率调制模式的高速通信，恢复到低速率调制模式，发射端51的可见光同步发射器显示自身为空闲状态的信号。此时，接收端62可通过其上行光信号发射器同发射端51再次建立高速通信。

本实施例另一个方面的通讯方法包括如下步骤：

步骤901，接收端62接收到发射端51可见光同步发射器发出的忙碌状态信号，具体的，可以是可见光同步发射器的不同颜色来区分空闲状态和忙碌状态。

步骤902，接收端62需等待其他接收器同发射端51通信完毕并恢复为空闲状态后，向发射端51发送上行光信号以获取详细信息。

以上述实施例及具体实施例采用逐层递进、从一般到特殊的方式描述，所述“第一数据”、“第一信息”、“第一信号”等描述均为与“第二数据”、“第二信息”、“第二信号”区分的一般概念，在具体实施例中在同样的系统运行步骤中根据功能可以分别具体为“指令”、“简要信息”、“图像信号”等，显然，基于通讯原理的基本常识，在本实用新型其他实施例中可以具有满足不同具体协议和通讯流程的具体“数据”、“信息”、“信号”。特别的，“光信号”指以光为载体的信号，“可见光信号”专指以可见光为载体的信号，“图像信号”是承载于可见光的包括一个或多幅图像的信号。特别的，本领域技术人员了解，对于信号的解调方法是其调制方法的逆过程，当调制方法明确时，其相应的解调方法也是明确的。同时，依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，应当根据权利要求范围结合说明书解释来确定本实用新型主张的保护范围。

Claims (10)

1.一种MIMO成像可见光通信发射端，其特征在于，包括：同向设置的上行光信号接收器、可见光数据发射器和可见光同步发射器，所述上行光信号接收器、可见光数据发射器和可见光同步发射器均与发射端数据处理模块连接。

2.根据权利要求1所述的MIMO成像可见光通信发射端，其特征在于：上行光信号接收器、可见光数据发射器及可见光同步发射器的光学主轴汇集于同一聚焦区域。

3.根据权利要求1所述的MIMO成像可见光通信发射端，其特征在于：所述可见光数据发射器包括数据阵元，每个数据阵元包括多个共轭单元，共轭单元的排列方向与数据阵元的排列方向正交；和/或，所述可见光同步发射器包括同步阵元，同步阵元导通时所发射光强度等于上述一个数据阵元中全部共轭单元的发射光强度的总和。

4.根据权利要求1所述的MIMO成像可见光通信发射端，其特征在于：可见光数据发射器的一个部分用于空间像素调制、开关键控调制、颜色调制、脉冲宽度调制或者脉冲间隔调制。

5.一种MIMO成像可见光通信接收端，其特征在于，包括：同向设置的可见光数据接收器和上行光信号发射器，所述可见光数据接收器和上行光信号发射器均与接收端数据处理模块连接。

6.根据权利要求5所述的MIMO成像可见光通信接收端，其特征在于：包括变焦系统和/或云台。

7.根据权利要求5所述的MIMO成像可见光通信接收端，其特征在于：所述接收端数据处理模块包括复合解调单元。

8.根据权利要求5所述的MIMO成像可见光通信接收端，其特征在于：所述上行光信号发射器为红外信号发射器。

9.一种MIMO成像可见光通信系统，其特征在于：包括如权利要求1至4任一项所述的MIMO成像可见光通信发射端和/或如权利要求5至8任一项所述的MIMO成像可见光通信接收端。

10.根据权利要求9所述的MIMO成像可见光通信系统，其特征在于：包括控制端，用于向所述的MIMO成像可见光通信发射端发送携带有工作模式切换指令的可见光通信控制信息。

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