本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种可见光通信车灯对讲装置。
背景技术：
道路上驾驶机动车的驾驶员，有时会需要与同行的其他车辆，与前后方同向行驶或对向行驶的车辆进行一些交流，例如：牵引车与拖曳的车辆需要尽量保持车速一致，同时刹车、停车；警车、救护车等特种车辆在执行任务时，需要提示前方车辆减速、避让、靠边停车等；对于同行的车辆，我们可以考虑采用车载对讲方式交流，特种车辆则通过喇叭、警灯、警笛等提醒。
灯语是驾驶员在行车时与其他车辆进行简单交流的一种方法，利用车灯的亮、灭、闪烁等方式，提示其他驾驶员转向、车辆故障、紧急避让、调整远近光灯等，但以上这些方式能携带的信息量很少，不直观；此外，现如今随着机动车的普及，越来越多的人有了私家车，但却不是每个人都知道如何识读这些闪烁的灯语。
可见光通信可以说是一种高速灯语，该方法是利用可见光波段的高速调制光进行通信的一种方法，可以进行数据、语音等通信；采用可见光通信技术实现高速灯语，则可以很好的解决以上提及的这些问题；但由于道路上行驶的车辆多，灯光杂乱，如果想在道路上实现可见光通信在指定车辆间进行对讲，如何选择，又是一个要解决的问题。
车牌是机动车的唯一身份标识，现行的机动车号牌的规格尺寸都是固定的，小型车的车牌440mm×140mm，大型车的前车牌尺寸与小型车牌尺寸相同，后牌为440mm×220mm；车牌要求在车辆前后明显的位置安装；经过观察，机动车的前照灯和后置刹车灯通常在前后车牌左右120度，距离车牌边沿约1米的扇形区域；且，由摄像头采集回来看到一个亮起的车灯是一个圆形的光斑，该光斑并经过AD转换的数值，相对于外围区域会有个跳变。
根据以上提到的几个问题和几种技术方法，本发明提出了一种可见光通信车灯对讲装置。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可见光通信车灯对讲装置。
本发明是这样实现的：一种可见光通信车灯对讲装置，包括：前置收发机、后置收发机和用户接口；前置收发机包括：图像采集器、图像处理器、光电接收器阵列、判决器、前置车灯和前置驱动；后置收发机包括：图像采集器、图像处理器、光电接收器阵列、判决器、后置车灯和后置驱动；用户接口包括：语音采集器、语音处理器、键盘、语音播放器、收发控制器、显示器和触摸屏。
用户接口分别和前置收发机、后置收发机电连接；在前置收发机中，前置驱动和前置车灯电连接，图像采集器分别与图像处理器、光电接收器阵列电连接，光电接收器阵列和判决器电连接；在后置收发机中，后置驱动和后置车灯电连接，图像采集器分别与图像处理器、光电接收器阵列电连接，光电接收器阵列和判决器电连接；在用户接口中，收发控制器分别与语音处理器、键盘、语音播放器、显示器、触摸屏电连接，语音处理器与语音采集器电连接。
图像采集器，用于采集实时影像得到获取图像信息，并输出给图像处理器；前置收发机和后置收发机的图像采集器用途相同。
图像处理器，用于根据图像采集器输出的图像信息，识别出图像中的车牌的位置，车牌号以及图像中灯光的位置；前置收发机和后置收发机的图像处理器用途相同。
光电接收器阵列，阵列中的每个光电接收器，都与图像采集器的一个像素点对应，用于感应该像素点位置灯光发出的可见光通信信号，并转换为模拟电信号输出；前置收发机和后置收发机的光电接收器阵列用途相同。
判决器，用于根据收发控制器的指令，选择光电接收器阵列中相应的光电接收器的模拟电信号输出，并转换成相应的数字信号并输出；前置收发机和后置收发机的判决器用途相同。
前置车灯，用于发送可见光信号，前置车灯使用汽车的前照灯。
前置驱动，用于驱动前置车灯发出可见光信号。
后置车灯，用于发送可见光通信信号，后置车灯使用汽车后部的示廓灯、刹车灯。
后置驱动，用于驱动后置车灯发出可见光信号；前置驱动和后置驱动都是驱动电路。
前置车灯和后置车灯都是可见光通信车灯。
语音采集器，用于获取用户的语音控制指令、语音对讲，并转换为模拟电信号输出。
语音处理器，用于处理语音采集器的输出，将模拟电信号转换成数字信号并输出。
键盘，用于通过按键方式给装置输入对讲车牌号和控制指令。
触摸屏，用于通过在触摸屏上点选方式，选择显示器上显示的车牌号、控制指令，以及在显示器上显示的图像采集器的实时影像中选择车牌和该车牌的车辆上可见光通信车灯的位置。
语音播放器，用于播放装置的语音提示信息和对讲的语音。
显示器，用于显示装置对讲需要显示的图文信息；图文信息，包括：车牌号、人机交互信息、图像采集器的实时影像。
收发控制器，用于实现：1、对语音处理器的输出进行处理，识别出语音形式的对讲信息、车牌信息、指令信息；2、获取键盘的信号输出，并根据输出的信号，确定输出的指令信息、车牌信息；3、接收图像处理器输出的车牌号，车牌的位置以及图像中灯光的位置信息，并确定需要建立连接的车辆车牌号，以及该车牌的位置和该车的可见光通信车灯的位置信息；4、根据可见光通信车灯的灯光位置信息，控制判决器选择对应像素点的光电接收器，并接收判决器的数字信号输出；5、将判决器的数字信号输出转换成相应的数据、指令或者语音信号；6、控制显示器显示相应的图文信息；7、控制语音播放器播放语音提示信息和对讲的语音；8、保存有车牌数据库；9、接收触摸屏的信号输出，并根据输出的信号，转换成相应的指令信息、车牌信息；10、根据在触摸屏点选的显示器上显示的实时影像中的车牌和车灯，指示图像处理器优先识别该选中车牌的车牌号，以及该车辆用于通信的可见光通信车灯；11、根据语音对讲信息、控制信息，生成可见光通信的数据帧，并根据数据帧以及对讲车辆的位置，给前置驱动或者后置驱动发出信号，再由驱动电路驱动可见光通信车灯发出可见光信号。
当前后两辆车进行对讲时，前车利用本车的后置收发机与后车的前置收发机进行通信；后车利用本车的前置收发机与前车的后置收发机进行通信；当对向两车进行对讲时，两车均采用本车的前置收发机与前车的后置收发机进行通信。
通信信号以数据帧的形式发送，数据帧包括：同步码、目标车牌、源车牌、数据类型、数据长度、数据、校验信息，共7个字段。
同步码，用于保持对讲双方的两个对讲装置的数据收发时钟同步，以及表示一个数据帧的开始。
目标车牌，用于表示需要进行对讲的对方车辆车牌号。
源车牌，用于表示进行对讲的己方车辆车牌号；对于警车、救护车，该字段可以是车辆本身的车牌号信息，也可以是专用的数字组合。
数据类型，用于表示本数据帧的类型，数据帧的类型包括：对讲请求、对讲语音、对讲请求应答、对讲请求应答确认；对讲请求数据帧由对讲发起端发出，用于表示向对讲响应端发送对讲建立的请求；对讲请求应答数据帧由对讲响应端发出，用于表示向对讲发起端发送对讲建立的请求应答；对讲请求应答确认数据帧由对讲发起端发出，用于表示收到对讲请求应答数据帧，确认建立连接；对讲语音数据帧，用于携带要发送对讲的语音信息。
数据长度，用于表示一个数据帧中数据字段的长度。
数据，用于放置对讲的语音信息。
校验信息，用于检验数据帧是否有错误，对于在传输过程中出现的错误进行纠正。
车牌数据库，有车牌号的通讯录，有车牌号的黑名单。
对讲双方选择建立连接的车辆车牌号的方式有4种：1、语音输入；2、键盘输入；3、触摸屏菜单输入；4、触摸屏图像输入。
语音输入，用户口述车牌号，由语音采集器获取车牌号的语音信息，再由语音处理器处理后输出到收发控制器，由收发控制器识别出车牌号。
键盘输入，用户通过键盘的按键给装置输入车牌号。
触摸屏菜单输入，用户根据显示器上显示的图文提示信息，在对应到触摸屏的相对位置点击选择对讲车牌的车牌号。
触摸屏图像输入，用户根据显示器上显示的由图像采集器获取到的实时影像中，在对应到触摸屏的相对位置点选影像中看到的车辆的车牌、车灯，再由收发控制器控制图像处理器在影像中抓取该车牌，并识别出车牌号以及车灯的位置。
本发明的可见光通信车灯对讲装置，采用可见光通信技术和图像采集、识别技术，实现了车牌的识别和定位，并结合车牌定位，快速定位车辆车灯的位置，采用成像技术和非成像技术的结合，从而提高了可见光通信的稳定性和准确性，使得在复杂交通环境下运用可见光通信技术进行车辆间的语音对讲成为可能。
附图说明
图1 是本发明实施例中可见光通信车灯对讲装置的结构图。
图中标记：1-用户接口；2-前置收发机；3-后置收发机；10-收发控制器；11-语音采集器；12-语音处理器；13-键盘；14-语音播放器；15-显示器；16-触摸屏； 20-图像采集器；21-图像处理器；22-光电接收器阵列；23-判决器；24-前置车灯；25-前置驱动； 30-图像处理器；31-图像采集器；32-判决器；33-光电接收器阵列；34-后置驱动；35-后置车灯。
具体实施方式
实施例：
一种可见光通信车灯对讲装置，包括：前置收发机2、后置收发机3、用户接口1；前置收发机2，包括：图像采集器20、图像处理器21、光电接收器阵列22、判决器23、前置车灯24、前置驱动25；后置收发机3，包括：图像采集器31、图像处理器30、光电接收器阵列33、判决器32、后置车灯35、后置驱动34；用户接口1，包括：语音采集器11、语音处理器12、键盘13、语音播放器14、收发控制器10、显示器15、触摸屏16。
用户接口1分别和前置收发机2、后置收发机3电连接；在前置收发机2中，前置驱动25和前置车灯24电连接，图像采集器20分别与图像处理器21、光电接收器阵列22电连接，光电接收器阵列22和判决器23电连接；在后置收发机3中，后置驱动34和后置车灯35电连接，图像采集器31分别与图像处理器30、光电接收器阵列33电连接，光电接收器阵列33和判决器32电连接；在用户接口1中，收发控制器10分别与语音处理器12、键盘13、语音播放器14、显示器15、触摸屏16电连接，语音处理器12与语音采集器11电连接。
图像采集器，用于采集实时影像得到获取图像信息，并输出给图像处理器21；前置收发机2和后置收发机3的图像采集器用途相同。
图像处理器，用于根据图像采集器20输出的图像信息，识别出图像中的车牌的位置，车牌号以及图像中灯光的位置；前置收发机2和后置收发机3的图像处理器用途相同。
光电接收器阵列，阵列中的每个光电接收器，都与图像采集器的一个像素点对应，用于感应该像素点位置灯光发出的可见光通信信号，并转换为模拟电信号输出；前置收发机2和后置收发机3的光电接收器阵列用途相同。
判决器，用于根据收发控制器的指令，选择光电接收器阵列中相应的光电接收器的模拟电信号输出，并转换成相应的数字信号并输出；前置收发机2和后置收发机3的判决器用途相同。
前置车灯24，用于发送可见光信号，前置车灯24使用汽车的前照灯。
前置驱动25，用于驱动前置车灯24发出可见光信号。
后置车灯35，用于发送可见光通信信号，后置车灯使用汽车后部的示廓灯、刹车灯。
后置驱动34，用于驱动后置车灯35发出可见光信号；前置驱动25和后置驱动34都是驱动电路。
前置车灯24和后置车灯35都是可见光通信车灯。
语音采集器11，用于获取用户的语音控制指令、语音对讲，并转换为模拟电信号输出。
语音处理器12，用于处理语音采集器11的输出，将模拟电信号转换成数字信号并输出。
键盘13，用于通过按键方式给装置输入对讲车牌号和控制指令。
触摸屏16，用于通过在触摸屏16上点选方式，选择显示器15上显示的车牌号、控制指令，以及在显示器15上显示的图像采集器的实时影像中选择车牌和该车牌的车辆上可见光通信车灯的位置。
语音播放器14，用于播放装置的语音提示信息和对讲的语音。
显示器15，用于显示装置对讲需要显示的图文信息；图文信息，包括：车牌号、人机交互信息、图像采集器11的实时影像。
收发控制器10，用于实现：1、对语音处理器12的输出进行处理，识别出语音形式的对讲信息、车牌信息、指令信息；2、获取键盘13的信号输出，并根据输出的信号，确定输出的指令信息、车牌信息；3、接收图像处理器输出的车牌号，车牌的位置以及图像中灯光的位置信息，并确定需要建立连接的车辆车牌号，以及该车牌的位置和该车的可见光通信车灯的位置信息；4、根据可见光通信车灯的灯光位置信息，控制判决器选择对应像素点的光电接收器，并接收判决器的数字信号输出；5、将判决器的数字信号输出转换成相应的数据、指令或者语音信号；6、控制显示器显示相应的图文信息；7、控制语音播放器14播放语音提示信息和对讲的语音；8、保存有车牌数据库；9、接收触摸屏16的信号输出，并根据输出的信号，转换成相应的指令信息、车牌信息；10、根据在触摸屏16点选的显示器15上显示的实时影像中的车牌和车灯，指示图像处理器30优先识别该选中车牌的车牌号，以及该车辆用于通信的可见光通信车灯；11、根据语音对讲信息、控制信息，生成可见光通信的数据帧，并根据数据帧以及对讲车辆的位置，给前置驱动25或者后置驱动34发出信号，再由驱动电路驱动可见光通信车灯发出可见光信号。
通信信号以数据帧的形式发送，数据帧包括：同步码、目标车牌、源车牌、数据类型、数据长度、数据、校验信息，共7个字段。
同步码，用于保持对讲双方的两个对讲装置的数据收发时钟同步，以及表示一个数据帧的开始。
目标车牌，用于表示需要进行对讲的对方车辆车牌号。
源车牌，用于表示进行对讲的己方车辆车牌号；对于警车、救护车，该字段可以是车辆本身的车牌号信息，也可以是专用的数字组合。
数据类型，用于表示本数据帧的类型，数据帧的类型包括：对讲请求、对讲语音、对讲请求应答、对讲请求应答确认；对讲请求数据帧由对讲发起端发出，用于表示向对讲响应端发送对讲建立的请求；对讲请求应答数据帧由对讲响应端发出，用于表示向对讲发起端发送对讲建立的请求应答；对讲请求应答确认数据帧由对讲发起端发出，用于表示收到对讲请求应答数据帧，确认建立连接；对讲语音数据帧，用于携带要发送对讲的语音信息。
数据长度，用于表示一个数据帧中数据字段的长度。
数据，用于放置对讲的语音信息。
校验信息，用于检验数据帧是否有错误，对于在传输过程中出现的错误进行纠正。
对讲双方选择建立连接的车辆车牌号的方式有4种：1、语音输入；2、键盘输入；3、触摸屏菜单输入；4、触摸屏图像输入。
语音输入，用户口述车牌号，由语音采集器获取车牌号的语音信息，再由语音处理器处理后输出到收发控制器，由收发控制器识别出车牌号。
键盘输入，用户通过键盘的按键给装置输入车牌号。
触摸屏菜单输入，用户根据显示器15上显示的图文提示信息，在对应到触摸屏16的相对位置点选选择对讲车牌的车牌号。
触摸屏图像输入，用户根据显示器15上显示的由图像采集器获取到的实时影像中，在对应到触摸屏16的相对位置点选影像中看到的车辆的车牌、车灯，再由收发控制器10控制图像处理器在影像中抓取该车牌，并识别出车牌号以及车灯的位置。
一辆安装了本实施例的可见光通信车灯对讲装置的车牌号为京BBBBBB的B车辆，因为故障无法自主行驶，需要拖拽，由一辆同样安装了本实施例的可见光通信车灯对讲装置的车牌号为京CCCCCC的C车辆，将其拖走，为了便于两辆车在拖行过程中，保持联络，采用本实施例的可见光通信车灯对讲装置实现对讲；车牌号为京CCCCCC在前方，利用其车载的本发明的装置的后置收发机，与车牌号为京BBBBBB的后车的前置收发机进行通信；实现对讲。
(1)对讲控制过程如下
首先，需要在车牌号为京BBBBBB的B车辆和车牌号为京CCCCCC的C车辆之间建立连接，由B车辆发起对讲，具体步骤为：
T1、通过利用键盘的按键，输入需要建立连接的C车辆的车牌号：京CCCCCC。
T2、装置识别出车牌号：京CCCCCC，并将京CCCCCC打包进数据帧。
T3、利用B车辆的前置车灯，采用可见光通信信号将请求建立连接的数据帧发送。
T4、通过B车辆的前置收发机，搜寻获取车牌号：京CCCCCC的车牌的位置。
T5、根据车牌号：京CCCCCC的车牌的位置，定位C车辆的可见光通信车灯的位置。
T6、定位到京CCCCCC的可见光通信车灯的位置后，确定应读取的光电接收器的可见光通信信号，等待来自C车辆的对讲请求应答数据帧，并进行超时计数，进入如下子步骤。
T6.1当在超时计数完成前，收到来自京CCCCCC的对讲请求应答数据帧，则确定了通信双方车辆信息无误后，锁定对方车辆，向京CCCCCC发送对讲请求应答确认数据帧，并开始对讲；当在超时计数完成前，由于京CCCCCC也向B车辆发起对讲，而收到来自京CCCCCC的对讲请求数据帧，则向京CCCCCC发送对讲请求应答的数据帧，等待来自京CCCCCC发送的对讲请求应答确认数据帧。
T6.2如果在超时计数完成前，始终未收到京CCCCCC的对讲请求应答数据帧、对讲请求数据帧、对讲请求应答确认数据帧，则返回到步骤T3，并进行连接失败计数；如果连接失败计数达到设定值仍未建立连接，就停止连接，并通过语音、显示器告知用户连接失败。
(2)在对讲的另一方，车牌号为京CCCCCC的车辆，除了可以如同车牌号为京BBBBBB的车辆一样发起对话，还可以处于搜索接收方式，搜索等待京BBBBBB发来的对讲请求，步骤为：
R1、由京CCCCCC的C车辆上安装的图像采集器采集实时影像得到图像信息，再由图像处理器识别出图像中的所有车牌以及每个车牌的车牌号；查找车牌数据库，对于发出信号的是来自黑名单上的车牌号，就直接屏蔽；如果是未知的车牌号和通讯录中的车牌号，则进入下一步。
R2、根据搜索到车牌号的车牌的位置，定位其可见光通信车灯的位置。
R3、由可见光通信车灯的位置，确定应读取的光电接收器接收到的可见光信号；由此搜索是哪一个车牌的可见光通信车灯有发起对讲请求。
R4、当收到通讯录中没有记录的未知车牌号：京BBBBBB的车辆发起对讲请求，则通过语音、显示器询问用户是否同意建立连接；如果同意，则向该车发出对讲请求应答的数据帧，并等待来自京BBBBBB的车辆发送的对讲请求应答确认数据帧，准备开始对讲。
(3)在对讲双方，都要验证数据帧，对于对讲装置接收到的一个数据帧，要进行如下验证：
C1、由目标车牌字段确认己方是否为应接收的目标通信车辆：如果是，就进行后续操作；否则就丢失数据帧。
C2、由源车牌字段确认发送数据帧的来源车辆，并根据如果是通讯录内的车牌，就直接返回对讲请求应答数据帧；如果是黑名单中的车牌，就丢弃数据帧；如果是未知的车牌，就先通过语音播报、显示器显示，再由目标车辆的用户选择确认是否接收，如果同意接收就发送对讲请求应答数据帧，如果不同意接收就丢弃数据帧；如果来源车辆是警车、救护车，就直接接收数据帧，并通过语音播报、显示器显示。
(4)在搜索并确定一个车牌的位置后，定位其可见光通信车灯的位置，定位的过程如下：
D1、确定一个车牌的位置，以及该车牌在图像采集器获取的影像中，车牌长边占用的像素点个数x，车牌宽边占用的像素点个数y。
D2、构造直角坐标系：以长方形车牌的两个对角线交点为直角坐标系原点，以通过原点且平行于长边的直线为横轴，右侧为横轴正方向；垂直于长边的为纵轴，上方为纵轴正方向，一个像素点为坐标系长度单位。
D3、构造一个等腰梯形：等腰梯形的两条腰的延长线经过原点，两条腰分别与直角坐标系横轴的正半轴呈-60度和+60度，以车牌的右侧边的延长线为上底，以距离车牌右侧边2倍车牌长度y为高；在该等腰梯形区域内，从左向右扫描搜寻该车的车牌右侧的车灯。
D4、当从左向右搜索到右侧的第一个亮度值发生跳变的像素点就是灯光所在的位置，由收发控制器控制判别器选择该像素点在光电接收器阵列中所对应的光电接收器的输出；再由收发控制器根据判决器的输出，尝试解析数据帧，如果能够解析出数据帧，就对数据帧进行验证：如果数据帧中的源车牌字段跟该车牌一致，则确定该灯光为该车牌的可见光通信车灯发出，并接收该可见光通信信号；如果无法解析数据帧，则将回到上一步骤，继续搜寻区域内的灯光。
D5、当确定了右侧的灯光后，再搜索车牌左侧的车灯，同样先构造一个等腰梯形：等腰梯形的两条腰的延长线经过原点，两条腰分别与直角坐标系横轴的负半轴呈-60度和+60度，以车牌的左侧边延长线为上底，以距离车牌左侧边2倍车牌长度y为高；在该等腰梯形区域内，从右向左扫描搜寻该车的车牌左侧的车灯。
D6、当从右向左搜索到左侧的第一个亮度值发生跳变的像素点就是灯光所在的位置，由收发控制器控制判别器选择该像素点在光电接收器阵列中所对应的光电接收器的输出；再由收发控制器根据判决器的输出，尝试解析数据帧，如果能够解析出数据帧，就对数据帧进行验证，如果数据帧中的源车牌字段跟该车牌一致，则确定该灯光为该车牌的可见光通信车灯发出，并接收该可见光通信信号；如果无法解析数据帧，则将回到上一步骤，继续搜寻区域内的灯光。
D7、当双侧灯光的在图像采集器中位置都确定后，则锁定这两个位置；并在下一个图像采集器的图像采集时刻，搜索这两个位置以及其相邻的像素点，亮度值是否与上一个采集时刻接近，以确定灯光位置，并由收发控制器根据判决器的输出，解析出数据帧，对数据帧进行验证，如果数据帧中的源车牌字段跟该车牌一致，则确定该灯光为该车牌的可见光通信车灯发出，并接收该可见光通信信号；如果由于遮挡或者其他原因，导致本步骤无法执行，则跳转到D1，重新定位车灯。