光脉冲信号的检测装置与方法
【专利摘要】本申请公开了光脉冲信号的检测装置及方法，该装置包括：成像单元、第一采样处理单元、第二采样处理单元、信号处理单元，通过本装置采用了对成像的图像数据进行处理，得到疑似发射点的信号数据并识别出预定格式的信号。通过本申请解决相关技术中在光通信中由于干扰光的存在而导致影响光通信的问题，可以在存在干扰的情况下进行光通信。
【专利说明】光脉冲信号的检测装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信领域，具体而言，涉及光脉冲信号的检测装置与方法。
【背景技术】
[0002]无线空间光通信采用了可见光源的高频闪烁进行通信，因此，在空间传输中容易受到阳光等光源的干扰。特别是采用光感器件的接收机来说，需要大功率光源以保证信号强度不被阳光干扰，而光源功率必须以指数增加才可以保证信号不被强光影响而失真，与此同时，随着通讯控制距离的增加，传输信道所导致的脉冲畸变和衰减也越来越严重，在发射光源功率不变的条件下，有效接收能量随着距离的增加迅速降低，因此导致背景噪声对有效信号的干扰迅速增加。这会影响到信号的正确解调。
[0003]针对相关技术中在光通信中由于干扰光的存在而导致影响光通信的问题，目前尚未提出很好的解决方案。
【发明内容】
[0004]本发明提供了光脉冲信号的检测装置与方法，以至少解决相关技术中在光通信中由于干扰光的存在而导致影响光通信的问题。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种光脉冲信号的检测装置，包括:成像单元，用于通过预设成像方式来获取原始图像数据；第一采样处理单元，用于对所述原始图像数据进行采样以得到多帧采样图像数据，并将所述多帧采样图像数据进行对比分析，确定疑似发射所述光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点，并记录和定位所述一个或者多个疑似发射点的位置；第二采样处理单元，用于对所述一个或者多个疑似发射点分别进行连续采样，得到所述一个或者多个疑似发射点的信号数据；信号处理单元，用于从每个疑似发射点的信号数据中解析预定格式的信号，如果解析出则将所述预定格式的信号发送到识别处理单元进行识别；如果未解析出，则调用所述第一采样处理单元和所述第二采样处理单元重新得到疑似发射点的信号数据，其中，所述识别处理单元用于识别所述预定格式的信号所表示的含义。
[0006]优选的，所述预设成像方式为广视角成像。
[0007]优选的，所述第一采样处理单元用于确定光强度变化超过阈值的点为疑似发射点。
[0008]优选地，所述第二采样处理单元，还用于在获得所述疑似发射点之后，将所述检测装置锁定，其中，所述检测装置的锁定包括:所述检测装置对已经判断出的非发射点的数据不再进行信号处理；所述信号处理单元，还用于在未解析出所述预定格式的信号的情况下，解除所述检测装置的锁定。
[0009]优选地，所述第二采样处理单元，用于在预定时长内对所述疑似发射点进行连续采样，所述第二采样处理单元将所述疑似发射点的光强度超过阈值标记为1，未超过所述阈值则标记为O。
[0010]优选地，所述成像单元包括:电荷耦合元件，或者，互补金属氧化物半导体。
[0011]优选地，所述成像单元的成像帧率fc与发射点的发射脉冲频率fs的关系为:fc=N*fs,其中,所述N大于或等于2。
[0012]根据本发明的另一个方面，还提供了一种光脉冲信号的检测方法，包括:通过预设成像方式来获取原始图像数据；对所述原始图像数据进行采样以得到多帧采样图像数据，并将所述多帧采样图像数据进行比对分析，确定疑似发射所述光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点，并记录和定位所述一个或者多个疑似发射点的位置；对所述一个或者多个疑似发射点分别进行连续采样，得到所述一个或者多个疑似发射点的信号数据；从每个疑似发射点的信号数据中解析预定格式的信号，如果解析出则识别所述预定格式的信号所表示的含义；如果未解析出，则重新得到疑似发射点的信号数据，并从重新得到的疑似发生点的信号数据中解析出所述预定格式的信号。
[0013]优选的，所述预设成像方式为广视角成像。
[0014]优选的，所述确定疑似发射所述光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点的步骤包括:确定光强度变化超过阈值的点为所述一个或者多个疑似发射点。
[0015]优选地，所述检测方法还包括:在获得所述疑似发射点之后，进行锁定，其中，所述锁定包括对已经判断出的非发射点的数据不再进行信号处理；在未解析出所述预定格式的信号的情况下，解除锁定。
[0016]通过本发明，采用了对成像的图像数据进行处理，得到疑似发射点的信号数据并识别出预定格式的信号，解决了相关技术中在光通信中由于干扰光的存在而导致影响光通信的问题，可以在存在干扰的情况下正常进行光通信。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1是根据本发明实施例的光脉冲信号的检测装置的结构框图；
[0019]图2是根据本发明实施例的光脉冲信号的检测方法的流程图；
[0020]图3是根据本发明实施例的优选装置的结构框图；
[0021]图4是根据本发明实施例的数据接收和处理的流程图。
【具体实施方式】
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0023]以下实施例中的光脉冲信号的检测装置以及方法可以适用于各种光通信技术，例如，可以应用到光控门锁上，但是并不限于此。以下实施例中的装置和方法可以检测相对微弱的光信号脉冲，对于这类脉冲，在相关技术中米用光电二极管和光敏二极管的光电探测技术，在强背景光干扰中获取是比较困难的。以下实施例中采用广视角探测技术，能够从广视角中检测并提取有效信号脉冲。
[0024]在本实施例中，提供了一种光脉冲信号的检测装置，图1是根据本发明实施例的光脉冲信号的检测装置的结构框图，如图1所示，该装置包括:成像单元102、第一采样处理单元104、第二采样处理单元106、信号处理单元108，下面对该结构进行说明。
[0025]成像单元102，用于通过预设成像方式来获取原始图像数据，一种优选的预设成像方式可以为广视角成像，但并不限于；
[0026]第一采样处理单元104，用于对该原始图像数据进行采样以得到多帧采样图像数据，并将该多帧采样图像数据进行对比分析，确定疑似发射该光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点，并记录和定位该一个或者多个疑似发射点的位置；
[0027]第二采样处理单元106，用于对该一个或者多个疑似发射点分别进行连续采样，得到该一个或者多个疑似发射点的信号数据；
[0028]信号处理单元108，用于从每个疑似发射点的信号数据中解析预定格式的信号，如果解析出则将该预定格式的信号发送到识别处理单元进行识别；如果未解析出，则调用该第一采样处理单元和该第二采样处理单元重新得到疑似发射点的信号数据，其中，该识别处理单元用于识别该预定格式的信号所表示的含义。
[0029]通过上述装置，采用了对广视角成像的图像数据进行处理，得到疑似发射点的信号数据并识别出预定格式的信号，解决了相关技术中在光通信中由于干扰光的存在而导致影响光通信的问题，可以在存在干扰的情况下正常进行光通信。更优地，上述装置还可以用来识别比较微弱的光信号。优选地，上述的第一采样处理单元104和第二采样处理单元106可以在一个处理器或处理单元中实现，也可以放在不同的处理器或处理单元中实现。信号处理单元108也可以与第一采样处理单元104、第二采样处理单元106在同一处理单元或者处理实现，也是分别采用不同的处理单元或处理器实现，这些均不影响本实施例的实现。对于上述装置中的“信号”可以理解为一组数据，例如，用比特来表示的话可以表示为“101101010”，上述装置中涉及到的“光脉冲信号”可以理解为是一种“光”，这种光可以以亮度的不同来表示上述“ 101101010”。在这种情况下，优选的，在第一采样处理单元中，可以根据光的强度来确定疑似发射点，例如，确定光强度变化超过阈值的点为疑似发射点。
[0030]优选地，可以在得到疑似发射点之后，将该检测装置锁定，这样可以在一定程度上提高检测效率。即，第二采样处理单元106，可以在获得该疑似发射点之后，将该检测装置锁定，其中，该检测装置的锁定包括:对已经判断出的非发射点的数据不再进行信号处理；锁定的好处在于对于一些疑似发射点在经过判断之后确认某些疑似发射点不是要寻找的发射点，那么，就可以将该疑似发射点排除，锁定检测装置之后，不再对疑似发射点的信号进行处理。该锁定是一种优选的实施方式。在检测装置锁定之后，需要对该检测装置进行解锁，一个较优的处理方式是，信号处理单元108，可以在未解析出该预定格式的信号的情况下，解除该检测装置的锁定。
[0031]优选地，第一采样处理单元104，可以一次得到多个该疑似发射点；此时，第二采样处理单元106，可以对多个该疑似发射点进行连续采样，得到多组该疑似发射点的信号数据；信号处理单元108，用于从多组的该信号数据中找出一组符合上述预定格式的信号，如果找到则将该预定格式的信号发送到识别处理单元进行识别，如果未解析出，则调用该第一采样处理单元104和该第二采样处理单元重新得到疑似发射点的信号数据。第一采用处理单元也可以一次只得到一个疑似发射点，对该疑似发射点进行识别之后再识别下一个，这种一次只识别一个的处理方式相对于一次处理多个的方式，效率较低，但是，各个处理单元的要求较低。可以根据实际情况来选择不同的处理方式。
[0032]优选地，第二采样处理单元106，可以在预定时长内对该疑似发射点进行连续采样，也可以统计时间，在采样得到的数据足够用于判断信号即可。第二采样处理单元106将该疑似发射点的光强度超过阈值标记为1，未超过该阈值则标记为O。
[0033]优选地,成像单元102可以采用电荷稱合元件(Charge Coupled Device,简称为(XD)来实现，此时，成像单元102包括:(XD ;或者也可以考虑使用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称为 CMOS)技术来实现。在一个较优的实现方式中，为了更好的进行检测，该成像单元102的成像帧率fc与发射点的发射脉冲频率fs的关系可以为:fc=N*fs，其中，该N大于或等于2。成像帧率越大对检测的帮助越大，但是，对于成像单元的要求也就越高，因此，可以根据实际的情况来选择不同成像帧率的成像单元。
[0034]优选地，该信号处理单元108包括:数字信号处理器(Digital SignalProcessor,简称为 DSP)。
[0035]在本实施例中提供了一种光脉冲信号的检测方法，图2是根据本发明实施例的光脉冲信号的检测方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤:
[0036]步骤S202，通过预设成像方式来获取原始图像数据；
[0037]步骤S204，对该原始图像数据进行采样以得到多帧采样图像数据，并将该多帧采样图像数据进行比对分析，确定疑似发射该光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点，并记录和定位该一个或者多个疑似发射点的位置；
[0038]步骤S206，对该一个或者多个疑似发射点分别进行连续采样，得到该一个或者多个疑似发射点的信号数据；
[0039]步骤S208，从每个疑似发射点的信号数据中解析预定格式的信号，如果解析出则识别该预定格式的信号所表示的含义；如果未解析出，则重新得到疑似发射点的信号数据，并从重新得到的疑似发生点的信号数据中解析出该预定格式的信号。
[0040]优选地，还可以采用锁定的方法，例如，可以在获得该疑似发射点之后，进行锁定；在未解析出该预定格式的信号的情况下，解除锁定。
[0041]优选的，该预设成像方式为广视角成像。
[0042]优选的，确定疑似发射该光脉冲信号的该一个或者多个疑似发射点包括:确定光强度变化超过阈值的点为该一个或者多个疑似发射点。
[0043]优选地，在该疑似发射点为多个，该疑似发射点的信号数据为多组的情况下，从该信号数据中找出预定格式的信号包括:从多组的该信号数据中找出一组符合上述预定格式的信号。
[0044]下面结合图3和图4对一个优选实施例进行说明。
[0045]图3是根据本发明实施例的优选装置的结构框图，在图3中，包括:光学滤光、成像单元，CCD高速采集图像数据单元(该单元实现上述第一采样处理单元104和第二采样处理单元106的功能，在下文描述中称为采样处理I和采样处理2)，信号处理单元(该单元实现了上述信号处理单元108的功能)，解码控制单元(该单元实现了上述识别处理单元的功能)。出这些单元之外，还可以包括驱动电路，在图3中并未示出。图4是根据本发明实施例的数据接收和处理的流程图，下面结合图3和图4进行说明。
[0046]该优选装置的工作流程可以包括:
[0047]①广视角高速成像:在本优选实施例中采用了高速CCD，高速是各种CCD产品中较为特别的一类，其帧率可以达到几千帧每秒，时研究高速过程的有力工具。该装置利用高速CCD的特点，可以将光发射端发射控制信号的每一次光闪烁脉冲进行成像采样，每次成像均为广视角成像，即类似照相机一样对该装置前方广视角区域进行成像。优选地，光发射端发射脉冲频率fs和高速CXD的帧频率fc可以满足fc=N*fs (N > 2)。
[0048]②采样处理1:每次采样数据为广视角的图像数据，并非光发射端的光照数据，该装置将采样的图像数据进行对比分析，从该采样的图像数据中提取出疑似发射端的信号点(P1、P2、P3....)，并将这些点的数据进行记录。
[0049]其中可以当成像数据中的某一点光线强度发生较大变化时才会启动采样处理，启动采样处理后首先会成像一张作为参考采样成像，本次的后续采样会以此成像采样作为标准进行甄别，从而达到自适应外界背景光的干扰。
[0050]③采样处理2:获得单次采样疑似发射端信号点后，则将该装置锁定，该装置的锁定可以包括:不再对其他疑似发射端信号进行处理(例如，对已经确认的非疑似发射点的信号不再进行处理)，在本优选实施例中，该装置同一时刻能且只能接受一个发射端控制信号。记录定位这些疑似点，并在规定的时间内对这些疑似信号点进行连续采样和甄别以确保有输入时为1、无输入时为0，并将每次采样时的疑似信号点数据返回给信号处理单元进行处理。
[0051]④信号处理:信号处理单元对这些疑似信号点分别进行解码、校验，以找出符合通讯格式的控制信号，如果找出，则将该控制信号返回给DSP，否则解除该装置的锁定重新接收和采样数据。
[0052]⑤数据识别判断:高速数字信号处理器获得信号处理单元返回的数据后，将该数据进行解密识别，从而识别控制信号，完成通信。
[0053]其中，图3中的装置包括:光学滤光成像单元、高速CXD图像采集、信号处理单元、解码控制单元，其中，信号处理单元和解码控制单元可以采用TI公司的高性能DSP，图像采集可以采用面阵CXD KA1-0340DM，帧频率可达1K。其中的信号处理单元和解码控制单元亦可用单片机等微控制器替代。
[0054]在一个优选的方式中，发射端的脉冲频率为500，那么，该图像采集可以满足fc=2*fs。假定发射数据为一字节10010011b。
[0055]由于在室外强干扰下使用，因此采集装置启动后通过光学成像先获取背景噪声数据。数据脉冲发射后，其与背景噪声同时由高速面阵CCD采样，并与初次采样的背景噪声做差值对比，从中选取疑似脉冲信号点，如果未发现脉冲信号点则重新进行背景光采样；否则继续进行高速采样。发现疑似点后，则不再重新进行背景光采样，每2次采样表示一位数据，因此须对采样数据进行还原。采集到16组数据后，则信号处理单元对这几个疑似点的数据进行采样还原，得到这几个疑似点的实际8位数据，并根据发射端固定的发射编码格式和校验数据对疑似点进行筛选，从而筛选出正确的信号脉冲点。
[0056]通过本优选实施例，采用了高速DSP结合高速CXD来实现在广视角成像采样下的光脉冲信号获取。该装置能够大大提高光脉冲控制信号的接收距离和敏感度。并且，采用了信号处理单元对成像进行采用处理，并在数据采样开始时获取当前的背景数据，并且本次的后续采样均以该背景成像数据为依据进行处理，因此具有较强的强光去扰能力和甄别能力。上述实施例中还采用了单像素点数据判断技术，具有高响应速度和高探测灵敏度。同时利用判决算法对疑似点进行接收和解码判断，准确获取到发射端的控制信号。
[0057]上述优选实施例解决了在室外应用场合、强背景光干扰和较长距离下准确获取控制端发出的可见光脉冲控制信号的问题，并基于控制端所采取的调制方式进行解调和解码，能够满足一定频率以内的光脉冲控制信号的接收和判定。可以广泛应用于自由空间可见光控制广品或系统中。
[0058]显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0059]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光脉冲信号的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括: 成像单元，用于通过预设成像方式来获取原始图像数据； 第一采样处理单元，用于对所述原始图像数据进行采样以得到多帧采样图像数据，并将所述多帧采样图像数据进行对比分析，确定疑似发射所述光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点，并记录和定位所述一个或者多个疑似发射点的位置； 第二采样处理单元，用于对所述一个或者多个疑似发射点分别进行连续采样，得到所述一个或者多个疑似发射点的信号数据； 信号处理单元，用于从每个疑似发射点的信号数据中解析预定格式的信号，如果解析出则将所述预定格式的信号发送到识别处理单元进行识别；如果未解析出，则调用所述第一采样处理单元和所述第二采样处理单元重新得到疑似发射点的信号数据，其中，所述识别处理单元用于识别所述预定格式的信号所表示的含义。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述预设成像方式为广视角成像。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一采样处理单元用于确定光强度变化超过阈值的点为疑似发射点。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于， 所述第二采样处理单元，还用于在获得所述疑似发射点之后，将所述检测装置锁定，其中，所述检测装置的锁定包括:所述检测装置对已经判断出的非发射点的数据不再进行信号处理； 所述信号处理单元，还用于在未解析出所述预定格式的信号的情况下，解除所述检测装置的锁定。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述第二采样处理单元，用于在预定时长内对所述疑似发射点进行连续采样，所述第二采样处理单元将所述疑似发射点的光强度超过阈值标记为1，未超过所述阈值则标记为O。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述成像单元包括:电荷耦合元件CCD，或者，互补金属氧化物半导体CMOS。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，所述成像单元的成像帧率fc与发射点的发射脉冲频率fs的关系为:fc=N*fs,其中,所述N大于或等于2。
8.一种光脉冲信号的检测方法，其特征在于包括: 通过预设成像方式来获取原始图像数据； 对所述原始图像数据进行采样以得到多帧采样图像数据，并将所述多帧采样图像数据进行比对分析，确定疑似发射所述光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点，并记录和定位所述一个或者多个疑似发射点的位置； 对所述一个或者多个疑似发射点分别进行连续采样，得到所述一个或者多个疑似发射点的信号数据； 从每个疑似发射点的信号数据中解析预定格式的信号，如果解析出则识别所述预定格式的信号所表示的含义；如果未解析出，则重新得到疑似发射点的信号数据，并从重新得到的疑似发生点的信号数据中解析出所述预定格式的信号。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述预设成像方式为广视角成像。
10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述确定疑似发射所述光脉冲信号的一个或者多个疑似发射点的步骤包括:确定光强度变化超过阈值的点为所述一个或者多个疑似发射点。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括: 在获得所述疑似发射点之后，进行锁定，其中，所述锁定包括对已经判断出的非发射点的数据不再进行信号处理； 在未解析出所述预定格式的信号的情况下，解除锁定。
【文档编号】H04B10/07GK104333412SQ201310309695
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】不公告发明人 申请人:深圳光启创新技术有限公司