光通信控制方法、装置和光通信系统与流程

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光通信控制方法，以及相应的光通信控制装置和光通信系统。

背景技术：

现如今，在车辆的增多方便了人们出行和货物运输的背后，交通事故一直是车辆普及后存在的一大安全隐患。随着人们安全意识的不断提升，越来越多的车对车通信技术也逐渐运用到车辆中，车对车通信技术主要用于监测街上行驶的其他车辆的速度、位置等其他对驾驶员无法开放的“隐藏”数据，同时能够自动预测出在该车行车道路前方是否会发生可能的碰撞，因此车对车通讯技术的使用可以大幅降低潜在危机的发生率。

在车对车通信技术中，车对车光通信技术一直是人们研究的重点。传统的车对车光通信技术中采用的普通光源，其亮度不易控制，因此能够传输的通讯信息有限。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种光通信控制方法，通过获取并分析调制发光元件的分时图像，可以获得相应的通讯信息。

本发明的另一目的是提供一种光通信控制装置，相应地，该光通信控制装置通过获取并分析调制发光元件的分时图像可以获得相应的通讯信息。

本发明的再一目的是提供一种光通信系统，将所述光通信控制装置及相应的发光装置运用于不同的车辆中，实现车车通信。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种光通信控制方法，包括如下步骤：获取调制发光元件所在位置的分时图像；其中，所述调制发光元件受控于PWM调制方式而发光；分析所述分时图像，以确定通过所述调制发光元件所发射出的PWM波形信息；解析所述PWM波形信息，以得到相应的通讯信息。

进一步地，所述获取所述调制发光元件所在位置的分时图像的步骤之前，还包括：基于发光组件不同发光状态下的发光图像，确定调制发光元件的位置；其中，所述发光组件包括受控于PWM调制方式而发光的所述调制发光元件。

具体地，所述分析所述分时图像以确定通过所述调制发光元件所发射出的PWM波形信息的步骤，具体包括：选取所述分时图像中ti时刻和ti+1时刻的图像；其中，所述调制发光元件在ti时刻与ti+1时刻对应不同的发光状态；基于减影技术对ti时刻和ti+1时刻的图像进行处理，以确定通过所述调制发光元件发射出的PWM波形信息。

相应地，本发明还提供一种光通信控制装置，包括：获取单元，用于获取调制发光元件所在位置的分时图像；其中，所述调制发光元件受控于PWM调制方式而发光；分析单元，用于分析所述分时图像，以确定通过所述调制发光元件所发射出的PWM波形信息；解析单元，用于解析所述PWM波形信息，以得到相应的通讯信息。

相应地，本发明还提供另一种光通信控制装置，用于执行上述任一项技术方案所述的光通信控制方法的步骤。

相应地，本发明还提供一种光通信系统，包括发光装置、图像采集装置及上述任一项技术方案所述的光通信控制装置；所述发光装置包括调制模块和发光组件，所述发光组件包括调制发光元件，所述调制模块通过PWM调制方式控制所述调制发光元件以使所述发光组件在不同时刻具有不同的发光状态；所述图像采集装置用于采集所述发光组件在不同发光状态的发光图像，所述图像采集装置与所述光通信控制装置电性或通信连接。

较佳地，所述光通信系统应用于车辆通信中，所述发光装置设于发出信号侧的车辆上，所述图像采集装置与所述光通信控制装置设于接收信号侧的车辆上。

优选地，所述图像采集装置为CCD相机，所述调制发光元件为LED灯。

可选地，所述发光装置包括至少两个所述调制发光元件，所述调制模块包括至少两个调制元件，各所述调制元件分别控制所述调制发光元件以使不同的调制发光元件能够同时发光。

可选地，所述发光装置包括至少两个所述调制发光元件，所述调制模块包括一个调制元件，所述调制元件同时控制各所述调制发光元件以使不同的调制发光元件能够同时发光。

相比现有技术，本发明的方案具有以下优点：

本发明的光通信控制方法，通过获取并分析调制发光元件所在位置的分时图像，由于所述调制发光元件受控于PWM调制而发光，因此所述调制发光元件能够在不同时刻具有不同的发光亮度，故可通过获得经所述调制发光元件发射出的PWM波形信息并对该PWM波形信息进行解析，从而获得相应的通讯信息。

本发明的光通信控制方法中，对于不同时刻的图像采用减影技术进行处理，以便于确定相应的通讯信息。

本发明的光通信控制装置对应于所述光通信控制方法，因此具有所述光通信控制方法的优点。

本发明的光通信系统中，所述发光装置中的调制模块通过PWM调制方式对所述调制发光元件进行控制发光，使得所述发光组件在不同时刻具有不同的发光状态，以便于所述光通信装置对所述分时图像中不同时刻的图像进行解析，从而获取相应的通讯信息。

本发明的光通信系统运用于车辆通信中，并将所述光通信控制装置和所述发光装置设于不同的车辆中，由于所述调制模块采用PWM调制方式控制所述调制发光元件发光，因此可根据需求进行PWM调制以便于车辆之间的通信，并且，当在同一时间段内处于发光状态的所述调制发光元件的数量越多时，车辆之间能够传递的通讯信息也越多。

本发明的光通信系统中，所述调制模块既可以单独控制一个所述调制发光元件，也可以同时控制多个所述调制发光元件，实现调制方式多样化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的光通信控制方法的一种典型实施例的流程示意图；

图2为本发明的光通信控制方法中对分时图像进行分析的流程框图；

图3为本发明的光通信控制装置的一种实施例的原理框图；

图4为图3中的光通信控制装置中的分析单元的一种实施例的原理框图；

图5为本发明的光通信系统的一种实施例的原理框图；

图6为本发明的光通信系统中发光装置设于车辆上的一种实施例的示意图；

图7为本发明的光通信系统的发光装置中发光组件的一种实施例的发光示意图；

图8为本发明的光通信系统的发光装置中发光组件的另一种实施例的发光示意图；

图9为本发明的光通信系统的发光装置中发光组件的一种实施例中不同时刻的发光图像，其中，a为所述发光组件在t1时刻的发光图像，b为所述发光组件在t2时刻的发光图像；

图10为本发明的光通信系统的发光装置中发光组件的另一种实施例中不同时刻的发光图像，其中，c为所述发光组件在t3时刻的发光图像，d为所述发光组件在t4时刻的发光图像。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提供一种光通信控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：获取调制发光元件所在位置的分时图像；其中，所述调制发光元件受控于PWM调制方式而发光。

PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)是一种模拟控制方脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在测量、通信及功率控制与变换等许多领域中。脉宽调制通过对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不同的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形，按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

在本发明中，将欲传递的通讯信息通过PWM调制方式进行编码转换成相应的PWM信号，外在地表现为使得所述调制发光元件在不同时刻具有不同的亮度，从而使得发光组件的发光状态随时间变化。所述发光组件包括至少一个所述发光调制元件，因此对于发光状态随时间变化的发光组件而言，其亮度也随时间变化，故需要获取在所述调制发光元件所在位置的分时图像，即所述调制发光元件所在位置在不同时刻的发光图像，比较不同的发光图像所对应的亮度差别，才能从中获取相应的通讯信息。

通常，在进行步骤S1之前，还需要进行如下步骤：基于发光组件不同发光状态下的发光图像，确定所述调制发光元件的位置。一般而言，需要先获取不同位置的图像，对于处于发光状态的发光组件，其亮度和光集中度相对于其他位置而言较为突出，因此根据不同位置的亮度可筛选出包含有所述发光组件的图像，由于所述发光组件中的各所述调制发光元件的相对位置是固定的，因此当确定所述发光组件的位置后，各所述调制发光元件的位置也可确定。

步骤S2：分析所述分时图像，以确定通过所述调制发光元件所发射出的PWM波形信息。

由于所述调制发光元件的亮度随时间变化，因此所述调制发光元件所在位置在不同时刻的发光图像存在差别，对不同时刻的发光图像进行处理则可得到所传递的PWM波形信息。

请参阅图2，具体地，步骤S2还包括如下具体步骤：步骤S21，选取所述分时图像中ti时刻和ti+1时刻的图像；其中，所述调制发光元件在ti时刻与ti+1时刻对应不同的发光状态。步骤S22，基于减影技术对ti时刻和ti+1时刻的图像进行处理，以确定通过所述调制发光元件发射出的PWM波形信息。

对于不同时刻的发光图像，通常采用减影技术进行处理。减影技术又称为图像的减法，是指对同一景物在不同时间拍摄的图像进行相减，或对同一景物在不同的波段的图像进行相减，以确定不同时刻的图像的不同之处。优选地，此处所说的ti时刻和ti+1时刻以秒为时间单位进行区分，对应地，ti时刻和ti+1时刻之间的差值为1秒。

步骤S3：解析所述PWM波形信息，以得到相应的通讯信息。

采用PWM调制方式对光源的发光亮度进行控制时，需要进行编码以形成相应的PWM信号，PWM信号通常采用波形图进行表征，相应地，PWM波形信息中包含通讯信息。因此，在获取所述PWM波形信息后，需要对其进行解码，并在示波器或其他类似的显示装置上进行显示，再做进一步处理，以获取所述PWM波形信息中包含的通讯信息。

请参阅,3，与所述光通信控制方法相对应地，本发明还提供一种光通信控制装置，包括获取单元1、分析单元2和解析单元3。

所述获取单元1用于调制发光元件所在位置的分时图像；其中，所述调制发光元件受控于PWM调制方式而发光。

PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)是一种模拟控制方脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在测量、通信及功率控制与变换等许多领域中。脉宽调制通过对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形，按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

在本发明中，将欲传递的通讯信息通过PWM调制方式进行编码转换成相应的PWM信号，外在地表现为使得所述调制发光元件在不同时刻具有不同的亮度，从而使得发光组件的发光状态随时间变化，所述发光组件包括至少一个所述发光调制元件。因此对于发光状态随时间变化的发光组件而言，其亮度也随时间变化，因此需要获取在所述调制发光元件所在位置的分时图像，即所述调制发光元件所在位置在不同时刻的发光图像，比较不同的发光图像所对应的亮度差别，才能从中获取相应的通讯信息。

通常，在获取调制发光元件所在位置的分时图像前，还要基于发光组件不同发光状态下的发光图像，确定所述调制发光元件的位置。一般而言，需要先获取不同位置的图像，对于处于发光状态的发光组件，其亮度和光集中度相对于其他位置而言较为突出，因此根据不同位置的亮度可筛选出包含有所述发光组件的图像，由于所述发光组件中的各所述调制发光元件的相对位置是固定的，因此当确定所述发光组件的位置后，各所述调制发光元件的位置也可确定。

所述分析单元2用于分析所述分时图像，以确定通过所述调制发光元件所发射出的PWM波形信息。

由于所述调制发光元件的亮度随时间变化，因此所述调制发光元件所在位置在不同时刻的发光图像存在差别，对不同时刻的发光图像进行处理则可得到所传递的PWM波形信息。

请参阅图4，具体地，所述分析单元2包括选取单元21和处理单元22。所述选取单元21用于选取所述分时图像中ti时刻和ti+1时刻的图像；其中，所述调制发光元件在ti时刻与ti+1时刻对应不同的发光状态。所述处理单元22可基于减影技术对ti时刻和ti+1时刻的图像进行处理，以确定通过所述调制发光元件发射出的PWM波形信息。

对于不同时刻的发光图像，通常采用减影技术进行处理。减影技术又称为图像的减法，是指对同一景物在不同时间拍摄的图像进行相减，或对同一景物在不同的波段的图像进行相减，以确定不同时刻的图像的不同之处。优选地，此处所说的ti时刻和ti+1时刻以秒为时间单位进行区分，对应地，ti时刻和ti+1时刻之间的差值为1秒。

所述解析单元3用于解析所述PWM波形信息，以得到相应的通讯信息。

采用PWM调制方式对光源的发光亮度进行控制时，需要进行编码以形成相应的PWM信号，PWM信号通常采用波形图进行表征，相应地，PWM波形信息中包含通讯信息。因此，在获取所述PWM波形信息后，需要对其进行解码，并在示波器或其他类似的显示装置上进行显示，再做进一步处理，以获取所述PWM波形信息中包含的通讯信息。

相应地，本发明还提供另一种光通信控制装置，所述光通信控制装置可对应执行所述光通信控制方法中的步骤，在此不再赘述。

请参阅图5，本发明还提供一种光通信系统，该光通信系统包括发光装置200、图像采集装置300和上述任一项技术方案所述的光通信控制装置100。

具体地，所述发光装置200包括发光组件30和调制模块40，所述发光组件30包括调制发光元件，所述调制模块40通过PWM调制方式控制所述调制发光元件以使所述发光组件30在不同时刻具有不同的发光状态。所述图像采集装置300用于采集所述发光组件30发光状态的发光图像，优选地，所述图像采集装置300采用拍摄的方式采集所述发光组件30的发光图像。所述图像采集装置300与所述光通信控制装置100电性连接，或者所述图像采集装置300与所述光通信控制装置100可进行无线通信。

所述发光组件30中各所述调制发光元件彼此独立，因此所述调制发光元件可视为整体光源(即所述发光组件30)中的一个点光源。根据前文可知，基于PWM调制方式，所述调制发光元件在不同时刻具有不同的亮度，因此，对应于同一所述调制发光元件，所述图像采集装置300可采集到对应于所述调制发光元件在不同时刻的发光图像，所述光通信控制装置100对这些不同的发光图像进行处理可获得相应的通讯信息。

请参阅图6，所述光通信系统应用于车辆通信中，其中，所述发光装置200设于发出信号侧的车辆上，所述光通信控制装置100与所述图像采集装置300设于接收信号侧的同一车辆上。例如，前后两辆正在行驶的汽车中，位于前方的汽车400的车尾设有所述发光装置200，位于后方的汽车(未图示)的车头设有所述光通信控制装置100和所述图像采集装置300。当行驶环境安全时，前方车辆的发光装置200中的调制模块40通过PWM调制方式控制所述发光组件30中相同的所述调制发光元件连续产生同等亮度的光，后方车辆的图像采集装置300拍摄相应的发光图像并经所述光通信控制装置100处理后，判断前方行驶环境安全。当行驶环境存在安全隐患时，前方车辆的发光装置200中的调制模块40控制所述发光组件30连续产生不同亮度的光或者控制所述发光组件30中不同的调制发光元件在不同时刻的发光状态，后方车辆的图像采集装置300拍摄相应的发光图像并经所述光通信控制装置100处理后，获取相应的通讯信息，并将警告信号发送至驾驶者，以指导驾驶者做出相应的应对措施，从而在最大程度上避免危险。

请结合图7和图8，所述发光组件30中设有多个所述调制发光元件301，所有调制发光元件301以阵列形式排布。当所述发光装置200和所述光通信控制装置100之间传递的通讯信息较少时，所述发光装置200中通常只需有一个所述调制发光元件处于发光状态即可，如图7中的调制发光元件302。而当需要传递的通讯信息量较大时，则需要较多的所述调制发光元件同时发光，如图8中的调制发光元件302、303。一般而言，当处于发光状态的调制发光元件的数量为N时，其传递的数量是处于发光状态的调制发光元件数量为1时的N！倍。

优选地，所述图像采集装置300为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)相机，CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号。另外，优选地，所述调制发光元件为LED灯。

一种设计方案中，所述发光组件30包括至少两个所述调制发光元件301，所述调制模块40包括至少两个调制元件(未图示)，每个调制元件分别控制一个所述调制发光元件301，以使不同的调制发光元件301能够同时发光。

而在另一种设计方案中，所述发光组件30包括至少两个所述调制发光元件301，所述调制模块40包括一个调制元件，所述调制元件同时控制各所述调制发光元件301，也可使得不同的发光元件301能够同时发光。

请参阅图9，所述发光装置200通过控制各调制发光元件302、303的亮度以传递相应的通讯信息。其中，a图为所述发光组件30在t1时刻的发光图像，所述调制发光元件302、303具有相同的亮度，且亮度较大，其他的调制发光元件301具有与所述调制发光元件302、303不同的亮度；b图为所述发光组件30的在t2时刻的发光图像，所述调制发光元件302、303具有相同的亮度，且亮度相对t1时刻较小，同理，其他的调制发光元件301具有与所述调制发光元件302、303不同的亮度。

请参阅图10，所述发光装置200通过控制各调制发光元件302、303、304及305的亮度以传递相应的通讯信息。其中，c图为所述发光组件30在t3时刻的发光图像，所述调制发光元件302、303、304及305具有相同的亮度，且亮度较大，其他的调制发光元件301具有与所述调制发光元件302、303、304及305不同的亮度；d图为所述发光组件30在t4时刻的发光图像，所述调制发光元件302、303、304及305具有相同的亮度，且亮度相对t3时刻较小，同理，其他的调制发光元件301具有与所述调制发光元件302、303、304及305不同的亮度。

上述两种调控方式皆可实现所述发光组件30在不同时刻具有不同的发光状态，据此可传递不同的通讯信息。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。