一种基于摄像头的可见光通信接收方法与流程

本发明涉及一种通信方法，尤其涉及一种基于摄像头的可见光通信接收方法。

背景技术：

现有的基于摄像头的可见光通信接收系统中，由于是基于奈奎斯特采样定理，采样频率至少要大于信号中最高频率的2倍。当以帧率为采样率时，例如当摄像头设置帧率30fps时会每33ms采样一帧数据，发送端的光源发送一位信息至少要持续约33ms*2≈67ms。由于采样不同步的原因，实际发送端发送一位信息至少要持续3帧，即约33ms*3＝100ms，以便至少有一帧数据是完整的。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于摄像头的可见光通信接收方法，其克服了背景技术中基于摄像头的可见光通信接收方法所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

一种基于摄像头的可见光通信接收方法，包括：

步骤1，发送端将传送数据编译成调制信号，传送数据包含有通信信息，调制信号加载在光源以控制光源发出光信号；

步骤2，接收端的摄像头设置固定帧率视频捕获，保存每帧捕获的各帧图像，各帧图像上具有对应光源的有效数据，有效数据为黑白条纹；

步骤3，拼接固定帧率内的各帧图像成拼接图像，拼接图像中各帧图像的有效数据依序相邻；

步骤4，寻找拼接图像中黑白条纹疏密变化点，依序疏密变化点解析拼接图像以获接收数据，该接收数据包含有发送端发送的通信信息。

一实施例之中：该步骤1中的编译采用如下方式：通信信息中每bit值应用一组载波周期，且bit值为“1”时高频率波形切换至低频率波形，bit值为“0”时低频率波形切换至高频率波形；

该步骤4中的解析至少包括如下方式：拼接图像中每组载波周期对应的黑白条纹的疏密变化点由密变疏则认定为接收了bit值为“1”的数据，由疏变密则认定为接收了bit值为“0”的数据。

一实施例之中：该步骤1中的编译采用如下方式：通信信息中每bit值应用一组载波周期，且bit值为“1”时低频率波形切换至高频率波形，bit值为“0”时高频率波形切换至低频率波形；

该步骤4中的解析至少包括如下方式：拼接图像中每组载波周期对应的黑白条纹的疏密变化点由疏变密则认定为接收了bit值为“1”的数据，由密变疏则认定为接收了bit值为“0”的数据。

一实施例之中：该每组载波周期包括两个载波周期，每相邻两个载波周期产生一帧各帧图像。

一实施例之中：该调制信号以固定载波周期发送波形。

一实施例之中：该每组载波周期对应的各帧图像的有效数据为以光源为中心且直径为l的圆形图形，该圆形图形内为黑白条纹。

一实施例之中：该步骤3中，截取各帧图像中预设宽度的有效数据，拼接固定帧率内的各帧图像成拼接图像。

一实施例之中：该步骤3中，拼接固定帧率内的前两帧图像成拼接图像，再依序将后续每一各帧图像和上一帧拼接图像拼接直到该固定帧率所有的各帧图像拼接完成。

一实施例之中：该步骤4中通过对比每相邻的两黑白条纹的宽度判断出黑白条纹疏密变化点。

一实施例之中：该步骤1中，该传送数据的通信信息之前设有引导位，通信信息之后设有检验位；

该引导位对应的有效数据与通信信息、检验位的有效数据不同；

该步骤4中的解析还包括如下方式：从拼接图像中寻找出与引导位对应的有效数据并认定为引导位，再从拼接图像中引导位之后的数据解析出通信信息，最好判断检验位是否准确，如准确认定通信信息合法有效。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

本方法中，拼接固定帧率内的各帧图像成拼接图像，寻找拼接图像中黑白条纹疏密变化点，依序疏密变化点解析拼接图像以获接收数据，接收数据包含有发送端发送的通信信息，一方面，可见光通信接收方法不丢帧，发送波形理论上可以完全保存下来，发送端发送一位信息可减少持续帧数，例如只持续1帧或2帧，提高可见光通信速率，使可见光通信达到最快速度，另一方面，减少计算量，提高速度，增高准确率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的可见光通信的示意图。

图2是本发明的接收方法的示意图。

图3是本发明寻找条纹疏密变化点的示意图。

图4是本发明的传输信息的示意图，图中仅示意引导位和2位数据位。

图5是本发明传输1b＝8bit数据的示意图。

具体实施方式

一种基于摄像头的可见光通信接收方法，包括：

步骤1，发送端(如包含有智能灯，智能灯包含有光源)将传送数据编译成调制信号；传送数据包含有依序排布的引导位、通信信息和校验位，通信信息前面先发送引导位，发送完通信信息后再发送校验位；调制信号加载在光源以控制光源发出光信号；增设引导位能提高通信信息发送的准确率。

步骤2，请查阅图1，接收端(如为接收装置，接收端是带摄像头的系统，例如安卓智能手机、iphone等，只要能设定参数，按指定帧率连续录制视频的系统即可，不限于智能手机，ipad、笔记本电脑等都可适用本发明)的摄像头设置固定帧率视频捕获，且摄像头先将每帧捕获的每帧图像先保存起来，存在接收装置的缓存中；各帧图像上具有对应光源的有效数据，有效数据为黑白条纹；

步骤3，拼接固定帧率内的各帧图像成拼接图像，拼接图像中各帧图像的有效数据依序相邻；

步骤4，寻找拼接图像中黑白条纹疏密变化点，依序疏密变化点解析拼接图像以获接收数据，该接收数据包含有发送端发送的通信信息。

该步骤1中，该调制信号以固定载波周期发送波形，即光源发送不同频率的波形的持续时间相同。例如，当接收装置的摄像头以固定帧率30fps采集时，光源的载波周期可设定为1/30fps≈33ms。

本具体实施方式之中：该步骤1中的编译采用如下方式：通信信息中每bit值应用一组载波周期，该每组载波周期都包括持续两个载波周期，且bit值为“1”时高频率波形的一个载波周期切换至低频率波形的一个载波周期，bit值为“0”时低频率波形的一个载波周期切换至高频率波形的一个载波周期；也即是定义了：各帧图像中条纹由疏到密的变化为逻辑‘1’，由密到疏的变化为逻辑‘0’。则步骤1中：发送端发送数据‘1’时，由频率高的方波切换到频率低的方波；发送数据‘0’时，由频率低的方波切换到频率高的方波。为便于说明，例如：条纹密的波形的频率可为条纹疏的波形的频率的2倍(占空比一样)，但并不以此为限，根据需要也可选择其它倍数。

请查阅图2，该每组载波周期对应的各帧图像的有效数据为以光源为中心且直径为l的圆形图形，该圆形图形内为黑白条纹。步骤1中的每相邻两个载波周期产生步骤2中的一帧各帧图像。

为减少数据量，步骤3可包含：步骤31，找到光源中心点；步骤32，仅将光源中心点垂直于条纹方向的长度为l(即光源的直径l)的1行数据保存下来(或者说是，截取各帧图像中预设宽度的有效数据)。本发明不限于此种保存数据的方法，如果cpu处理速率足够快，将整个光源区甚至整张图片数据保存下来也是可以的。该步骤3中，拼接固定帧率内的各帧图像成拼接图像，本发明将多帧数据拼接后再处理，很显然，拼接后的相同疏密的一段条纹的宽度仍然是l，且仍然反映了对应载波周期的波形，可参考图2。该步骤3中拼接方式如采用：拼接固定帧率内的前两帧图像成拼接图像，再依序将后续每一各帧图像和上一帧拼接图像拼接直到该固定帧率所有的各帧图像拼接完成，即，第一帧、第二帧各帧图像拼接为拼接图像1，接着上面的拼接图像1和第三帧各帧图像拼接为拼接图像2，再接着上面的拼接图像2和第四帧各帧图像拼接为拼接图像3。。。。。。直到该固定帧率所有的各帧图像拼接完成。

请查阅图3，该步骤4中通过对比每相邻的两黑白条纹的宽度判断出黑白条纹疏密变化点。当条纹密的波形的频率为条纹疏的波形的频率的2倍(占空比一样)时，黑条纹的宽度l2为黑条纹宽度l1的1/2。因此，当前面一个条纹宽度l1为后面一个条纹宽度l2的两倍，或者反之l2为l1的两倍，则l1、l2中间为跳变处。为减少误差，可以连续判断更多个条纹的宽度。

该步骤4中的解析至少包括如下方式：拼接图像中每组载波周期对应的黑白条纹的疏密变化点由密变疏则认定为接收了bit值为“1”的数据，由疏变密则认定为接收了bit值为“0”的数据。该引导位对应的有效数据与通信信息、检验位的有效数据不同即可，例如3个频率高的载波周期加上1个频率低的载波周期。该步骤4中的解析还包括如下方式：从拼接图像中寻找出与引导位对应的有效数据并认定为引导位，再从拼接图像中引导位之后的数据解析出通信信息，最好判断检验位是否准确，如准确认定通信信息合法有效。该步骤4的具体说明如下：

从拼接完后的拼接图像中找到多个条纹疏密变化点后，即可尝试解析数据。为便于说明，此次仍然采用前面第1点的关于光源端的控制波形举例，接收示意图可参考图4。

4.1)当软件找到“3个l长度的密条纹+1个l长度的疏条纹”即表明接收到了‘引导位’；4.2)接下来，总是从本次的边沿位置跳1.5个l长度，再判断下一个边沿，以避免图像处理中判读条纹疏密变化点的误差。4.3)当软件找到“1个l长度的密条纹+1个l长度的疏条纹”，表明接收到了逻辑‘1’。4.4)当软件找到“1个l长度的疏条纹+1个l长度的密条纹”，表明接收到了逻辑‘0’。4.5)以传输1b＝8bit数据为例(如图5所示)，当软件连续判断了8bit数据+1bit校验位＝9bit数据后，即完成一次数据的接收。如果接收端检验数据后，与接收到的校验位一致，则认为接收到的8bit数据合法，可交给应用程序进一步处理。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。