TWI713887B

TWI713887B - 光通信裝置和系統以及相應的資訊傳輸和接收方法

Info

Publication number: TWI713887B
Application number: TW107130175A
Authority: TW
Inventors: 王曉東; 方俊; 李江亮; 蘇愛民
Original assignee: 大陸商北京外號信息技術有限公司
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-12-21
Also published as: JP7019798B2; JP2020532908A; EP3678302A4; US20200193104A1; EP3678302A1; US10990774B2; TW201919354A; WO2019041167A1

Abstract

一種光通信裝置，包括：至少一個光源；以及，控制器，其能夠通過光源控制信號來控制所述至少一個光源中的每個光源工作於至少兩種模式，所述至少兩種模式包括第一模式和第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，對於所述至少一個光源中的任意一個光源，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，以在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上不呈現條紋。還提供了相應的系統以及資訊傳輸和接收方法。

Description

光通信裝置和系統以及相應的資訊傳輸和接收方法

本發明屬於光資訊技術領域，更具體地涉及一種光通信裝置、包含該光通信裝置的光通信系統以及相應的資訊傳輸和接收方法。

條碼和二維碼已經被廣泛採用來對資訊進行編碼。當用特定設備或軟體掃描這些條碼和二維碼時，相應的資訊就會被識別出來。然而，條碼和二維碼的識別距離很受限制。例如，對於二維碼而言，當用手機攝像頭對其進行掃描時，該手機通常必須置於一個比較近的距離內，該距離通常只是二維碼的寬度的15倍左右。因此，對於遠距離識別（例如相當於二維碼寬度的200倍的距離），條碼和二維碼通常不能實現，或者必須定制非常大的條碼和二維碼，但這會帶來成本的提升，並且在許多情形下由於其他各種限制是不可能實現的。

CMOS成像器件是目前廣泛採用的成像器件，其如圖1所示，包括像敏單元（也稱為圖像感測器）陣列以及一些其他元件。圖像感測器陣列可以是光電二極體陣列，每一個圖像感測器對應於一個畫素。每一列圖像感測器都對應於一個列放大器，列放大器的輸出信號之後被送往A/D轉換器（ADC）進行模數轉換，然後通過介面電路輸出。對於圖像感測器陣列中的任一圖像感測器，在曝光開始時現將其歸零，然後等待曝光時間過後，將信號值讀出。在CMOS成像器件中，資料的讀出是串列的，所以歸零/曝光/讀出也只能以類似於流水線的方式逐行順序進行，並在圖像感測器陣列的所有行都處理完成後將其合成為一幀圖像。因此，整個CMOS圖像感測器陣列實際上是逐行曝光的（在某些情況下CMOS圖像感測器陣列也可能採用每次多行一起曝光的方式），這導致了各個行之間存在小的時間延遲。由於該小的時間延遲，當光源以一定頻率閃動時，會在CMOS成像器件拍攝的圖像上呈現出一些不期望的條紋，影響到拍攝效果。

人們已經發現了理論上可以利用CMOS成像器件拍攝的圖像上的條紋來傳遞資訊（類似於條碼那樣），並試圖通過條紋來傳遞盡可能多的資訊，但是這通常需要使得CMOS成像器件與光源儘量接近，並最好始終處於大致固定的距離處，並且還需要精細的時間同步、對各個條紋的邊界的精確識別、對各個條紋的寬度的精確檢測等等，因此，在實踐中其穩定性和可靠性並不令人滿意，也未獲得廣泛使用。

為了實現對資訊的遠距離識別，本發明的一個方面涉及一種光通信裝置，其包括：至少一個光源；以及，控制器，其能夠通過光源控制信號來控制所述至少一個光源中的每個光源工作於至少兩種模式，所述至少兩種模式包括第一模式和第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，對於所述至少一個光源中的任意一個光源，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，以在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上不呈現條紋。

本發明的另一個方面涉及一種使用光源來傳輸資訊的方法，包括：根據要傳輸的資訊通過光源控制信號來連續控制所述光源工作於第一模式或者第二模式，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，以在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上不呈現條紋。

本發明的另一個方面涉及一種使用光源來傳輸資訊的裝置，包括用於對所述光源進行控制的控制器，所述控制器被配置用於實現上述使用光源來傳輸資訊的方法。

本發明的另一個方面涉及一種儲存介質，其中儲存有電腦程式，所述電腦程式在被執行時能夠用於實現上述使用光源來傳輸資訊的方法。

本發明的另一個方面涉及一種接收前述光通信裝置傳輸的資訊的方法，所述方法包括：通過CMOS圖像感測器獲得光源的圖像；判斷所述圖像上與所述光源的位置對應的部分是否存在條紋；以及根據是否存在條紋，確定所述光源傳輸的是第一資訊還是與所述第一資訊不同的第二資訊。

本發明的另一個方面涉及一種接收前述光通信裝置傳輸的資訊的裝置，包括CMOS圖像感測器、處理器和記憶體，所述記憶體中儲存有電腦程式，所述電腦程式在被所述處理器執行時能夠用於實現上述接收光通信裝置傳輸的資訊的方法。

本發明的另一個方面涉及一種儲存介質，其中儲存有電腦程式，所述電腦程式在被執行時能夠用於實現上述接收光通信裝置傳輸的資訊的方法。

本發明的另一個方面涉及一種光通信系統，包括：至少一個光源；控制器，其能夠通過光源控制信號來控制所述至少一個光源中的每個光源工作於至少兩種模式，所述至少兩種模式包括第一模式和第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，並且其中，對於所述至少一個光源中的任意一個光源，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率；以及包括CMOS圖像感測器的設備，其被配置為對所述至少一個光源進行拍攝，其中，當所述光源工作於所述第一模式時，在所述設備所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，當所述光源工作於所述第二模式時，在所述設備所獲得的所述光源的圖像上不呈現條紋。

本發明的另一個方面涉及一種光通信方法，包括：根據要傳輸的資訊通過光源控制信號來控制光源工作於第一模式或者第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，並且其中，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上不呈現條紋；通過CMOS圖像感測器獲得所述光源的連續的多幀圖像；判斷所述光源的每一幀圖像上是否存在條紋；以及根據是否存在條紋，確定所述光源傳輸的是第一資訊還是與所述第一資訊不同的第二資訊。

本發明的另一個方面涉及一種光通信裝置，包括：至少一個光源；以及控制器，其能夠通過光源控制信號來控制所述至少一個光源中的每個光源工作於至少兩種模式，所述至少兩種模式包括第一模式和第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，對於所述至少一個光源中的任意一個光源，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，光源控制信號具有第二頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出與所述第一模式下的條紋不同的條紋。

本發明的另一個方面涉及一種使用光源來傳輸資訊的方法，包括：根據要傳輸的資訊通過光源控制信號來控制所述光源工作於第一模式或者第二模式，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，光源控制信號具有第二頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出與所述第一模式下的條紋不同的條紋。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖通過具體實施例對本發明進行進一步詳細說明。

本發明的一個實施例涉及一種光通信裝置，其能夠通過發出不同的光來傳輸不同的資訊。該光通信裝置在本文中也被稱為“光標籤”，兩者在整個本申請中可以互換使用。光通信裝置包括光源和控制器，該控制器能夠通過光源控制信號來控制所述光源工作於兩個或更多個模式，所述兩個或更多個模式包括第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，使得所述光源發出的光的屬性以第一頻率變化，以傳遞第一資訊，在所述第二模式下，所述光源發出的光的屬性以第二頻率變化或者不發生改變，以傳遞與第一資訊不同的第二資訊。

光的屬性在本申請中指的是CMOS成像器件能夠識別的任何一種屬性，例如其可以是光的強度、顏色、波長等人眼可感知的屬性，也可以是人眼不可感知的其他屬性，例如在人眼可見範圍外的電磁波長的強度、顏色或波長改變，或者是上述屬性的任一組合。因此，光的屬性變化可以是單個屬性發生變化，也可以是兩個或更多個屬性的組合發生變化。當選擇光的強度作為屬性時，可以簡單地通過選擇開啟或關閉光源實現。在下文中為了簡單起見，以開啟或關閉光源來改變光的屬性，但本領域技術人員可以理解，用於改變光的屬性的其他方式也是可行的。需要說明的是，在上述第一模式中以第一頻率變化的光的屬性可以與在上述第二模式中以第二頻率變化的光的屬性相同或不相同。優選地，在所述第一模式和第二模式中發生變化的光的屬性是相同的。

當光源以第一模式或第二模式工作時，可以使用CMOS成像器件或者具有CMOS成像器件的設備（例如手機、平板電腦、智慧眼鏡等）對光源進行成像。在下文中以手機作為CMOS成像器件為例進行說明，如圖2所示。該手機的行掃描方向在圖2中示出為垂直方向，但本領域技術人員可以理解，依據底層硬體設定的不同，行掃描方向也可以是水平方向。

光源可以是各種形式的光源，只要其某一可被CMOS成像器件感知的屬性能夠以不同頻率進行變化即可。例如，該光源可以是一個LED燈、由多個LED燈構成的陣列、顯示幕幕或者其中的一部分，甚至光的照射區域（例如光在牆壁上的照射區域）也可以作為光源。該光源的形狀可以是各種形狀，例如圓形、正方形、矩形、條狀、L狀等。光源中可以包括各種常見的光學器件，例如導光板、柔光板、漫射器等。在一個優選實施例中，光源可以是由多個LED燈構成的二維陣列，該二維陣列的一個維度長於另外一個維度，優選地，兩者之間的比例約為6-12 ：1。例如，該LED燈陣列可以由排成一列的多個LED燈構成。在發光時，該LED燈陣列可以呈現為一個大致為長方形的光源，並由控制器控制該光源的操作。

圖3示出了根據本發明的一個實施例的光源。在使用CMOS成像器件對圖3所示的光源進行成像時，優選地使圖3所示的光源的長邊與CMOS成像器件的行方向（例如，圖2所示的手機的行掃描方向）垂直或大致垂直，以在其他條件相同的情況下成像出儘量多的條紋。然而，有時用戶並不瞭解其手機的行掃描方向，為了保證手機在各種姿態下都能夠進行識別，並且在豎屏和橫屏下都能夠達到最大的識別距離，光源可以為多個長方形的組合，例如，如圖4所示的L狀光源。

在另一實施例中，光源可以不侷限於平面光源，而是可以被實現為一個立體光源，例如，一個條狀的圓柱形光源、立方體光源、等等。該光源例如可以被放置在廣場上、懸置於室內場所（例如餐廳、會議室等）的大致中心位置，從而附近的位於各個方向的用戶都可以通過手機拍攝該光源，從而獲得該光源所傳遞的資訊。

圖5示出了CMOS成像器件的成像時序圖，其中的每一行對應於CMOS成像器件的一行感測器。在CMOS成像感測器陣列的每一行進行成像時，主要涉及兩個階段，分別為曝光時間和讀出時間。各行的曝光時間有可能發生重疊，但讀出時間不會重疊。

需要說明的是，圖5中僅示意性地示出了少量的行，在實際的CMOS成像器件中，依賴於解析度的不同，通常具有上千行感測器。例如，對於1080p解析度，其具有1920×1080個畫素，數位1080表示有1080條掃描行，數位1920表示每行有1920個畫素。對於1080p解析度，每一行的讀出時間大致為8.7微秒（即，8.7×10^-6 秒）。

如果曝光時間過長導致相鄰行之間的曝光時間出現大量重疊，則可能在成像時呈現出明顯過渡的條紋，例如，在純黑色畫素行與純白色畫素行之間的多條具有不同灰度的畫素行。本發明期望能夠呈現出儘量清晰的畫素行，為此，可以對CMOS成像器件（例如手機）的曝光時間進行設置或調整（例如，通過手機上安裝的APP來進行設置或調整），以選擇相對較短的曝光時間。在一個優選的實施例中，可以使得曝光時間大致等於或小於每一行的讀出時間。以1080p解析度為例，其每一行的讀出時間大致為8.7微秒，在這種情況下，可以考慮將手機的曝光時間調整為大約8.7微秒或更短。圖6示出了在這種情況下的CMOS成像器件的成像時序圖。在這種情況下，每行的曝光時間基本不發生重疊，或者重疊部分較少，從而可以在成像時獲得具有比較清晰的邊界的條紋，其更容易被識別出來。需要說明的是，圖6僅僅是本發明的一個優選實施例，更長的（例如等於或小於每一行的讀出時間的兩倍、三倍或四倍等）或更短的曝光時間也是可行的。例如，在本申請的圖12和13中所示的有條紋圖像的成像過程中，每一行的讀出時間大致為8.7微秒，而所設置的每行曝光時長為14微秒。另外，為了呈現出條紋，可將光源的一個週期的時長設置為曝光時長的兩倍左右或更長，優選地可以設置為曝光時長的四倍左右或更長。

圖7示出了當使用控制器使光源工作於第一模式時在不同階段在CMOS成像器件上的成像圖，在該第一模式下，以一定頻率改變光源發出的光的屬性，在本例中為開啟和關閉光源。

圖7的上部示出了在不同階段的光源的狀態變化圖，下部示出了在不同階段該光源在CMOS成像器件上的成像圖，其中，CMOS成像器件的行方向為垂直方向，並從左向右掃描。由於CMOS成像器件採集圖像是逐行掃描的，因此在拍攝高頻閃爍信號時，所獲得的一幀圖像上與光源的成像位置對應的部分會形成如圖7下部所示的條紋，具體地，在時段1，光源開啟，在該時段中曝光的最左側部分的掃描行呈現亮條紋；在時段2，光源關閉，在該時段中曝光的掃描行呈現暗條紋；在時段3，光源開啟，在該時段中曝光的掃描行呈現亮條紋；在時段4，光源關閉，在該時段中曝光的掃描行呈現暗條紋。

可以通過光源控制信號來設置光源閃爍的頻率，或者設置光源每次開啟和關閉的時長，來調整出現的條紋的寬度，更長的開啟或關閉時間通常對應於更寬的條紋。例如，對於圖6所示的情形，如果將光源每次開啟和關閉的時長均設置為大致等於CMOS成像器件的每一行的曝光時間（該曝光時間可以通過手機上安裝的APP進行設置或者手工設置），則可以在成像時呈現出寬度為僅一個畫素的條紋。為了能夠實現對光標籤的遠距離識別，應使條紋越窄越好。但在實踐中，由於光線干擾、同步等原因，寬度為僅一個畫素的條紋可能不太穩定，或者不太容易識別，因此，為了提高識別的穩定性，優選地實現寬度為兩個畫素的條紋。例如，對於圖6所示的情形，可以通過將光源每次開啟或關閉的時長均設置為大致等於CMOS成像器件的每一行的曝光時長的大約2倍，來實現寬度為大約兩個畫素的條紋，具體如圖8所示，其中，圖8的上部的信號為光源控制信號，其高電平對應於光源的開啟，而低電平對應於光源的關閉。在圖8所示的實施例中，將光源控制信號的占空比設置為大約50%，將每一行的曝光時長設置為大致等於每一行的讀出時間，但本領域技術人員可以理解，其他設置也是可行的，只要能夠呈現出可分辨的條紋即可。為了描述簡單起見，圖8中使用了光源與CMOS成像器件之間的同步，以使得光源的開啟和關閉的時間大致對應於CMOS成像器件的某一行的曝光時長的開始或結束時間，但是本領域技術人員可以理解，即使兩者未能如圖8那樣同步，也可以在CMOS成像器件上呈現出明顯的條紋，此時，可能會存在一些過渡條紋，但一定存在光源始終關閉時曝光的行（也即最暗的條紋）與光源始終開啟時曝光的行（也即最亮的條紋），兩者間隔一個畫素。這種畫素行的明暗變化（也即條紋）可以被容易地檢測出來（例如，通過比較光源成像區域中的一些畫素的亮度或灰度）。更進一步，即使不存在光源始終關閉時曝光的行（也即最暗的條紋）和光源始終開啟時曝光的行（也即最亮的條紋），如果存在曝光時間內光源開啟部分t1小於一定時間長度或占整個曝光時長較小比例的行（也即較暗條紋），和曝光時間內光源開啟部分t2大於一定時間長度或占整個曝光時長較大比例的行（也即較亮條紋），且t2-t1＞明暗條紋差值閾值(例如10微秒)，或t2/t1＞明暗條紋比例閾值（例如2），這些畫素行之間的明暗變化也可以被檢測出來。上述明暗條紋差值閾值和比例閾值和光標籤發光強度、感光器件屬性、拍攝距離等相關。本領域技術人員可以理解，其他閾值也是可行的，只要能夠呈現出電腦可分辨的條紋即可。當識別出條紋時，可以確定出光源此時所傳遞的資訊，例如二進位資料0或資料1。

根據本發明的一個實施例的條紋識別方法如下：得到光標籤的圖像，利用投影的方式分割出光源的成像區域；收集不同配置下（例如，不同距離、不同的光源閃爍頻率等）的有條紋圖片和無條紋圖片；將所有收集的圖片統一歸一化到一個特定大小，例如64*16畫素；提取每一個畫素特徵作為輸入特徵，構建機器學習分類器；進行二分類判別以判斷是條紋圖片還是非條紋圖片。對於條紋識別，本領域普通技術人員還可以採用本領域公知的任何其他方法進行處理，對此不再詳述。

對於一個長度為5釐米的條狀光源，當使用目前市場上常見的手機，設置解析度為1080p，在距離其10米遠的地方（也即，距離為光源長度的200倍）進行拍攝時，該條狀光源在其長度方向上大約會佔據6個畫素，如果每個條紋寬度為2個畫素，則在該6個畫素的寬度範圍內會呈現出多個明顯素的寬度範圍內會呈現出至少一個明顯的條紋，其可以被很容易地識別出來。如果設置更高的解析度，或者採用光學變焦，在更遠的距離，例如距離為光源長度的300倍或400倍時，也能夠識別出條紋。

控制器也可以使光源工作於第二模式。在一個實施例中，在第二模式下，光源控制信號可以具有與第一模式不同的另一頻率，來改變光源發出的光的屬性，例如開啟和關閉光源。在一個實施例中，相比於第一模式，在第二模式下，控制器可以提高光源的開啟和關閉頻率。對於圖6所示的情形，可以將光源配置為在CMOS成像器件的每一行的曝光時間內光源開啟和關閉至少一次。圖9示出了在每一行的曝光時間內光源開啟和關閉只一次的情形，其中，圖9的上部的信號為光源控制信號，其高電平對應於光源的開啟，而低電平對應於光源的關閉。由於在每一行的曝光時間內，光源都會以相同的方式開啟和關閉一次，每個曝光時間獲取的曝光強度能量大致均等，因此光源的最終成像的各個畫素行之間的亮度不會存在明顯差異，從而不存在條紋。本領域技術人員可以理解，更高的開啟和關閉頻率也是可行的。另外，為了描述簡單起見，圖9中使用了光源與CMOS成像器件之間的同步，以使得光源的開啟時間大致對應於CMOS成像器件的某一行的曝光時長的開始時間，但是本領域技術人員可以理解，即使兩者未能如圖9那樣同步，在光源的最終成像的各個畫素行之間的亮度也不會存在明顯差異，從而不存在條紋。當不能識別出條紋時，可以確定出光源此時所傳遞的資訊，例如二進位資料1或資料0。對於人眼而言，由於視覺暫留，本發明的光源工作於上述第一模式和第二模式下時人眼不會察覺到任何閃爍現象。另外，為了避免在第一模式和第二模式之間切換時人眼可能會察覺到的閃爍現象，可以將第一模式和第二模式的占空比設置為大致相等，從而實現在不同模式下的大致相同的光通量。

在另一實施例中，在第二模式下，可以向光源提供直流電，以使得光源發出屬性基本不會發生改變的光，從而，在通過CMOS圖像感測器對光源拍攝時所獲得的該光源的一幀圖像上不會呈現條紋。另外，在這種情況下，也可以實現在不同模式下的大致相同的光通量，以避免在第一模式和第二模式之間切換時人眼可能會察覺到的閃爍現象。

上文的圖8描述了通過使光源發出的光的強度發生變化（例如，通過開啟或關閉光源）來呈現條紋的實施例，在另一實施例中，如圖10所示，也可以通過使光源發出的光的波長或顏色發生變化來呈現條紋。在圖10所示的實施例中，光源中包括可發出紅光的紅色燈和可發出藍光的藍色燈。圖10的上部的兩個信號分別為紅光控制信號和藍光控制信號，其中，高電平對應於相應光源的開啟，而低電平對應於相應光源的關閉。該紅光控制信號和藍光控制信號的相位偏移180°，也即，兩者電平相反。通過紅光控制信號和藍光控制信號，可以使得光源向外交替地發出紅色光和藍色光，從而當採用CMOS成像器件對光源進行成像時可以呈現出紅藍條紋。

通過確定CMOS成像器件拍攝的一幀圖像上與光源對應的部分是否存在條紋，可以確定每幀圖像所傳遞的資訊，例如二進位資料1或資料0。進一步地，通過CMOS成像器件拍攝光源的連續的多幀圖像，可以確定出由二進位資料1和0構成的資訊序列，實現光源向CMOS成像器件（例如手機）的資訊傳遞。在一個實施方式中，當通過CMOS成像器件拍攝光源的連續的多幀圖像時，可以通過控制器進行控制，使得光源的工作模式之間的切換時間間隔等於CMOS成像器件一個完整幀成像的時間長度，從而實現光源與成像器件的幀同步，即每幀傳輸１比特的資訊。對於30幀/每秒的拍攝速度，每秒鐘可以傳遞30比特的資訊，編碼空間達到2³⁰ ，該資訊可以包括例如，起始幀標記（幀頭）、光標籤的ID、口令、驗證碼、網址資訊、位址資訊、時間戳記或其不同的組合等等。可以按照結構化方法，設定上述各種資訊的順序關係，形成資料包結構。每接收到一個完整的該資料包結構，視為獲得一組完整資料（一個資料包），進而可以對其進行資料讀取和校驗分析。下表示出了根據本發明的一個實施例的資料包結構：

在上文的描述中，通過判斷每幀圖像中在光源的成像位置處是否存在條紋來確定該幀圖像所傳遞的資訊。在其他實施例中，可以通過識別每幀圖像中在光源的成像位置處的不同條紋來確定該幀圖像所傳遞的不同資訊。例如，在第一模式下，通過具有第一頻率的光源控制信號來控制光源發出的光的屬性以第一頻率變化，從而能在通過CMOS圖像感測器對光源拍攝時所獲得的光源的圖像上呈現出第一條紋；在第二模式下，通過具有第二頻率的光源控制信號來控制光源發出的光的屬性以第二頻率變化，從而能在通過CMOS圖像感測器對光源拍攝時所獲得的光源的圖像上呈現出與所述第一條紋不同的第二條紋。條紋的不同可以例如基於不同的寬度、顏色、亮度等或它們的任意組合，只要該不同能夠被識別即可。

在一個實施例中，可以基於不同的光源控制信號頻率來實現不同寬度的條紋，例如，在第一模式下，光源可以如圖8所示的方式工作，從而實現寬度為大約兩個畫素的第一種條紋；在第二模式下，可以將圖8中的光源控制信號的每個週期中的高電平和低電平的持續時間分別修改為原來的兩倍，具體如圖11所示，從而實現寬度為大約四個畫素的第二種條紋。

在另一個實施例中，可以實現不同顏色的條紋，例如，可以將光源設置為其中包括可發出紅光的紅色燈和可發出藍光的藍色燈，在第一模式下，可以關閉藍色燈，並使紅色燈如圖8所示的方式工作，從而實現紅黑條紋；在第二模式下，可以關閉紅色燈，並使藍色燈如圖8所示的方式工作，從而實現藍黑條紋。在上述實施例中，在第一模式和第二模式下使用具有相同頻率的光源控制信號實現了紅黑條紋和藍黑條紋，但是可以理解，在第一模式和第二模式下也可以使用具有不同頻率的光源控制信號。

另外，本領域技術人員可以理解，可以進一步地通過實現不止兩種條紋來表示不止兩種資訊，例如，在上述光源中包括紅色燈和藍色燈的實施例中，可以進一步設置第三模式，在該第三模式下以圖10所示的方式對紅色燈和藍色燈進行控制以實現紅藍條紋，即第三種資訊。顯然，可選地，也可以進一步通過不呈現條紋來傳遞另一種資訊，即第四種資訊。

圖12示出了在針對以每秒16000次的頻率閃爍的LED燈（每個週期的持續時間為62.5微秒，其中開啟時長和關閉時長各為大約31.25微秒），使用1080p解析度的成像設備，並將每行曝光時長設置為14微秒的情況下，通過實驗得到的圖像上的條紋。從圖12可以看出，呈現出了大致為2-3畫素寬度的條紋。圖13示出了將圖12中的LED燈閃爍頻率調整為每秒8000次（每個週期的持續時間為125微秒，其中開啟時長和關閉時長各為大約62.5微秒）後，在其他條件不變的情況下通過實驗得到的圖像上的條紋。從圖13可以看出，呈現出了大致為5-6畫素寬度的條紋。圖14示出了將圖12中的LED燈閃爍頻率調整為每秒64000次（每個週期的持續時間為15.6微秒，其中開啟時長和關閉時長各為大約7.8微秒）後，在其他條件不變的情況下通過實驗得到的圖像，其上不存在條紋，其原因是每行曝光時長14微秒中基本上涵蓋了LED燈的一個開啟時長和一個關閉時長。

在上文中，為了方便說明，以方波為例描述了具有相應頻率的光源控制信號，但本領域技術人員可以理解，光源控制信號也可以使用其他波形，例如正弦波、三角波等。

上文中描述了採用一個光源的情形，在一些實施例中，也可以採用兩個或更多個光源。控制器可以獨立地控制每一個光源的操作。圖15是根據本發明的一個實施例的採用三個獨立光源的光標籤的一個成像圖，其中，兩個光源的成像位置出現了條紋，一個光源的成像位置沒有出現條紋，該組光源的這一幀圖像可以用於傳遞資訊，例如二進位資料110。

在一個實施例中，光標籤中還可以包括位於資訊傳遞光源附近的一個或多個定位標識，該定位標識例如可以是特定形狀或顏色的燈，該燈例如可以在工作時保持常亮。該定位標識可以有助於CMOS成像器件（例如手機）的用戶容易地發現光標籤。另外，當CMOS成像器件被設置為對光標籤進行拍攝的模式時，定位標識的成像比較明顯，易於識別。因此，佈置於資訊傳遞光源附近的一個或多個定位標識還能夠有助於手機快速地確定資訊傳遞光源的位置，從而有助於識別對應於資訊傳遞光源的成像區域是否存在條紋。在一個實施例中，在識別是否存在條紋時，可以首先在圖像中對定位標識進行識別，從而在圖像中發現光標籤的大致位置。在識別了定位標識之後，可以基於定位標識與資訊傳遞光源之間的相對位置關係，確定圖像中的一個或多個區域，該區域涵蓋資訊傳遞光源的成像位置。接著，可以針對這些區域進行識別，以判斷是否存在條紋，或存在什麼樣的條紋。圖16是根據本發明的一個實施例的包括定位標識的光標籤的一個成像圖，其中包括三個水平佈置的資訊傳遞光源，以及位於資訊傳遞光源兩側的豎直佈置的兩個定位標識燈。

在一個實施例中，光標籤中可以包括環境光檢測電路，該環境光檢測電路可以用於檢測環境光的強度。控制器可以基於檢測到的環境光的強度來調整光源在開啟時所發出的光的強度。例如，在環境光比較強時（例如白天），使得光源發出的光的強度比較大，而在環境光比較弱時（例如夜裡），使得光源發出的光的強度比較小。

在一個實施例中，光標籤中可以包括環境光檢測電路，該環境光檢測電路可以用於檢測環境光的頻率。控制器可以基於檢測到的環境光的頻率來調整光源在開啟時所發出的光的頻率。例如，在環境光存在同頻閃動光源時，切換光源發出的光至另一未佔用頻率。

相比於現有技術中二維碼大概15倍左右的識別距離，本發明的光標籤的至少200倍的識別距離具有明顯的優勢。該遠距離識別能力尤其適合於室外識別，以200倍的識別距離為例，對於街道上設置的一個長度為50釐米的光源，在距離該光源100米範圍內的人都可以通過手機與該光源進行交互。另外，本發明的方案不要求CMOS成像設備位於與光標籤的固定的距離處，也不要求CMOS成像設備與光標籤之間的時間同步，並且不需要對各個條紋的邊界和寬度進行精確檢測，因此，其在實際的資訊傳輸中具有極強的穩定性和可靠性。

本說明書中針對“各個實施例”、“一些實施例”、“一個實施例”、或“實施例”等的參考指代的是結合所述實施例所描述的特定特徵、結構、或性質包括在至少一個實施例中。因此，短語“在各個實施例中”、“在一些實施例中”、“在一個實施例中”、或“在實施例中”等在整個說明書中各地方的出現並非必須指代相同的實施例。此外，特定特徵、結構、或性質可以在一個或多個實施例中以任何合適方式組合。因此，結合一個實施例中所示出或描述的特定特徵、結構或性質可以整體地或部分地與一個或多個其他實施例的特徵、結構、或性質無限制地組合，只要該組合不是非邏輯性的或不能工作。另外，本申請附圖中的各個元素僅僅為了示意說明，並非按比例繪製。

由此描述了本發明的至少一個實施例的幾個方面，可以理解，對本領域技術人員來說容易地進行各種改變、修改和改進。這種改變、修改和改進意於在本發明的精神和範圍內。

以下參照附圖對本發明的實施例作進一步說明，其中：圖1為CMOS成像器件的示意圖；圖2為CMOS成像器件獲取圖像的方向圖；圖3為根據本發明的一個實施例的光源；圖4為根據本發明的另一個實施例的光源；圖5為CMOS成像器件的成像時序圖；圖6為CMOS成像器件的另一成像時序圖；圖7示出了當光源工作於第一模式時在不同階段在CMOS成像器件上的成像圖；圖8示出了根據本發明的一個實施例當光源工作於第一模式時CMOS成像器件的成像時序圖；圖9示出了根據本發明的一個實施例當光源工作於第二模式時CMOS成像器件的成像時序圖；圖10示出了根據本發明的另一個實施例當光源工作於第一模式時CMOS成像器件的成像時序圖；圖11示出了根據本發明的另一個實施例的用於實現與圖8不同的條紋的CMOS成像器件的成像時序圖；圖12-13示出了在不同設置下獲得的光源的兩種有條紋圖像；圖14示出了獲得的光源的一種無條紋圖像；圖15是根據本發明的一個實施例的採用三個獨立光源的光標籤的一個成像圖；圖16是根據本發明的一個實施例的包括定位標識的光標籤的一個成像圖。

Claims

一種光通信裝置，其包括：至少一個光源；以及控制器，其能夠通過光源控制信號來連續控制所述至少一個光源中的每個光源工作於至少兩種模式，所述至少兩種模式包括第一模式和第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，對於所述至少一個光源中的任意一個光源，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，以在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上不呈現條紋。
如請求項1所述的光通信裝置，其中，在所述第二模式下，光源控制信號具有與所述第一頻率不同的第二頻率。
如請求項2所述的光通信裝置，其中，所述第二頻率大於所述第一頻率。
如請求項1所述的光通信裝置，其中，光源控制信號用於控制光的強度。
如請求項2所述的光通信裝置，其中，在所述第一模式下，光源控制信號控制光源以所述第一頻率開啟和關閉，在所述第二模式下，光源控制信號控制光源以所述第二頻率開啟和關閉。
如請求項1所述的光通信裝置，其中，在所述第二模式下，通過光源控制信號向所述光源提供直流電。
如請求項1所述的光通信裝置，其中，所述光源為條狀或L狀光源。
如請求項1所述的光通信裝置，其中，所述控制器獨立地控制所述至少一個光源中的每個光源所工作的模式。
如請求項1所述的光通信裝置，還包括位於所述光源附近的一個或多個定位標識。
如請求項9所述的光通信裝置，其中所述定位標識是具有特定顏色的燈。
如請求項1所述的光通信裝置，其中所述第一頻率大於或等於8000次/秒。
一種使用光源來傳輸資訊的方法，包括：根據要傳輸的資訊通過光源控制信號來連續控制所述光源工作於第一模式或者第二模式，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，以在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上不呈現條紋。
如請求項12所述的方法，其中，在所述第二模式下，光源控制信號具有與所述第一頻率不同的第二頻率。
如請求項13所述的方法，其中，所述第二頻率大於所述第一頻率。
如請求項12所述的方法，其中，光源控制信號用於控制光的強度。
如請求項13所述的方法，其中，在所述第一模式下，光源控制信號控制光源以所述第一頻率開啟和關閉，在所述第二模式下，光源控制信號控制光源以所述第二頻率開啟和關閉。
如請求項12所述的方法，其中，在所述第二模式下，通過光源控制信號向所述光源提供直流電。
如請求項12所述的方法，其中，通過使得所述光源隨著時間連續工作於所述第一模式或所述第二模式，來傳輸二進位資料0和1的序列。
一種使用光源來傳輸資訊的裝置，包括用於對所述光源進行控制的控制器，所述控制器被配置用於實現請求項12-18中任一項所述的方法。
一種接收由請求項1-11中任一項所述的光通信裝置傳輸的資訊的方法，所述方法包括：通過CMOS圖像感測器獲得光源的圖像；判斷所述圖像上與所述光源的位置對應的部分是否存在條紋；以及根據是否存在條紋，確定所述光源傳輸的是第一資訊還是與所述第一資訊不同的第二資訊。
如請求項20所述的方法，其中，通過CMOS圖像感測器獲得所述光源的連續的多幀圖像，從而確定出由第一資訊和第二資訊構成的資訊序列。
如請求項20所述的方法，其中，所述判斷所述圖像上與所述光源的位置對應的部分是否存在條紋包括：在所述圖像上識別光通信裝置的一個或多個定位標識；基於所述一個或多個定位標識的位置來確定所述圖像上與所述光源的位置對應的部分；以及判斷所述部分中是否存在條紋。
一種接收由請求項1-11中任一項所述的光通信裝置傳輸的資訊的裝置，包括CMOS圖像感測器、處理器和記憶體，所述記憶體中儲存有電腦程式，所述電腦程式在被所述處理器執行時能夠用於實現請求項20-22中任一項所述的方法。
一種儲存介質，其中儲存有電腦程式，所述電腦程式在被執行時能夠用於實現請求項12-18和20-22中任一項所述的方法。
一種光通信系統，包括：至少一個光源；控制器，其能夠通過光源控制信號來連續控制所述至少一個光源中的每個光源工作於至少兩種模式，所述至少兩種模式包括第一模式和第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，並且其中，對於所述至少一個光源中的任意一個光源，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率；以及包括CMOS圖像感測器的設備，其被配置為對所述至少一個光源進行拍攝，其中，當所述光源工作於所述第一模式時，在所述設備所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，當所述光源工作於所述第二模式時，在所述設備所獲得的整個所述光源的圖像上不呈現條紋。
如請求項25所述的光通信系統，其中，在所述第二模式下，光源控制信號具有與所述第一頻率不同的第二頻率。
如請求項25所述的光通信系統，其中，在所述第二模式下，通過光源控制信號向所述光源提供直流電。
一種光通信方法，包括：根據要傳輸的資訊通過光源控制信號來連續控制光源工作於第一模式或者第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，並且其中，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的所述光源的圖像上呈現出條紋，在所述第二模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上不呈現條紋；通過CMOS圖像感測器獲得所述光源的連續的多幀圖像；判斷所述光源的每一幀圖像上是否存在條紋；以及根據是否存在條紋，確定所述光源傳輸的是第一資訊還是與所述第一資訊不同的第二資訊。
如請求項28所述的光通信方法，其中，在所述第二模式下，光源控制信號具有與所述第一頻率不同的第二頻率。
如請求項28所述的光通信方法，其中，在所述第二模式下，通過光源控制信號向所述光源提供直流電。
一種光通信裝置，包括：至少一個光源；以及控制器，其能夠通過光源控制信號來連續控制所述至少一個光源中的每個光源工作於至少兩種模式，所述至少兩種模式包括第一模式和第二模式，其中，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，對於所述至少一個光源中的任意一個光源，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上呈現出與所述第一頻率對應的條紋，在所述第二模式下，光源控制信號具有第二頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上呈現出與所述第二頻率對應的、並且與所述第一模式下的條紋不同的條紋。
如請求項31所述的光通信裝置，其中，所述第一頻率與所述第二頻率相同，並且其中，在所述第一模式下光源發出的光的顏色與在所述第二模式下光源發出的光的顏色不同。
如請求項31所述的光通信裝置，其中，所述至少兩種模式還包括第三模式，其用於傳遞與所述第一資訊和所述第二資訊不同的第三資訊，在所述第三模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上不呈現條紋。
一種使用光源來傳輸資訊的方法，包括：根據要傳輸的資訊通過光源控制信號來連續控制所述光源工作於第一模式或者第二模式，所述第一模式用於傳遞第一資訊，所述第二模式用於傳遞與所述第一資訊不同的第二資訊，其中，在所述第一模式下，光源控制信號具有第一頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上呈現出與所述第一頻率對應的條紋，在所述第二模式下，光源控制信號具有第二頻率，從而在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上呈現出與所述第二頻率對應的、並且與所述第一模式下的條紋不同的條紋。
如請求項34所述的方法，其中，所述第一頻率與所述第二頻率相同，並且其中，在所述第一模式下光源發出的光的顏色與在所述第二模式下光源發出的光的顏色不同。
如請求項34所述的方法，還包括：根據要傳輸的資訊通過光源控制信號來控制所述光源工作於第三模式，所述第三模式用於傳遞與所述第一資訊和所述第二資訊不同的第三資訊，其中，在所述第三模式下，所述光源發出的光在通過CMOS圖像感測器對所述光源拍攝時所獲得的整個所述光源的圖像上不呈現條紋。