适用于可见光通信的智能手机图像接收系统的制作方法

本实用新型涉及可见光通信领域，具体涉及一种适用于可见光通信的智能手机图像接收系统。

背景技术：

近年来，被誉为“绿色照明”的半导体器件LED迅速发展，相比于传统的白炽灯照明光源，LED具有低能耗、寿命长、绿色环保等特点。同时，LED还具有调制性能好、响应灵敏度高、无电磁干扰等优势，可将信号以人眼无法识别的高频进行传输，且LED发出的光频段不需要许可授权，可以实现低成本高宽带且传输速率高的无线通讯，因而催生了一门能够实现照明与通信一体化的技术——可见光通信技术。

随着手机智能化的发展以及智能手机功能的不断更新，人们对于智能手机的需求越来越趋向于多元化，手机硬件功能本身早已不能完全满足用户的需求，比如仅使用摄像头作为拍摄图像或者录制图像的工具，使用陀螺仪传感模块作为重力的传感和手机定位，使用WiFi模块接受和传输数据等功能在智能手机的不断发展中趋向于饱和，而由于这些独立的硬件模块对硬件系统的资源浪费以及WiFi传输数据速率的限制，有必要加强智能手机硬件系统功能的结合应用；对于传统的智能手机，硬件电路中都已具有所述图像传感器模块和所述陀螺仪模块，但其作用仅实现在于不同的电路功能中，若将所述传感器组结合使用不仅可以实现准确获取像素数据，与此同时可以对数据信号进行同步传输，再结合所述的可见光通信技术可以实现光通信数据的高速传输。

在现有对传统智能手机的研究中，都仅停留在对独立的硬件系统功能的开发与完善阶段，而智能手机中摄像头和重力感应模块已经发展到趋近于饱和，对于智能手机摄像头的发展也仅仅在于摄像头像素以及智能手机相机功能的智能化，没有更加新颖的功能，且现有研究中都没有考虑系统到图像传感器模块和陀螺仪模块的结合使用，或者智能手机领域与可见光通信技术领域的结合研究。

因此，极为有必要开发一种适用于可见光通信的智能手机图像接受系统，满足用户对多元化智能手机功能的需求，优化智能手机图像传感器和陀螺仪等现有智能手机硬件电路的结合运用，更大化的利用手机现有的硬件设备，在实现接受图像的同时实现信号的同步高速传输。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种适用于可见光通信的智能手机图像接收系统，所述系统将智能手机中的图像传感器和陀螺仪结合使用，实现了摄像头接收图像的同时进行可见光数据同步高速传输的效果。

本实用新型的目的可以通过如下技术方案实现：

一种适用于可见光通信的智能手机图像接收系统，所述系统包括智能手机外壳主体，安装在智能手机外壳主体内的硬件电路、摄像头、触摸显示屏和传感器组，所述智能手机外壳主体侧面按键和智能手机外壳主体内的触摸显示屏能够用于控制摄像头捕获接收图像；所述硬件电路中安装有用于同步数据的时间戳捕获模块和实时时钟模块，所述时间戳捕获模块和实时时钟模块通过硬件电路进行电气连接；所述传感器组包括图像传感器和陀螺仪；光源LED发射可见光数据信号，使用所述智能手机外壳主体侧面按键或智能手机外壳主体内的触摸显示屏控制智能手机相机软件向智能手机软件层发出拍照信号，通过所述拍照信号控制摄像头和图像传感器进行图像数据的接收，陀螺仪同时获得陀螺仪传感器数据，所述图像传感器和陀螺仪在接收数据的同时，由实时时钟模块对所述图像数据和陀螺仪传感器数据附加时间戳数据，并将数据传输到所述时间戳捕获模块，所述时间戳捕获模块对时间戳进行捕获，把同步后的可见光数据通过MIPI高速传输到智能手机的CPU进行处理。

进一步地，所述硬件电路除了安装有时间戳捕获模块和实时时钟模块，还包括中央处理器CPU、存储器DDR SDRAM(动态随机存储器)，并能够连接其他外部设备。

进一步地，为保证中央处理器CPU和存储器DDR SDRAM之间的传输线保持阻抗的连续性，消除反射现象，防止各个数据线路之间长度相差太大造成信道到达CPU或存储器DDR SDRAM的时间出现误差，在中央处理器CPU和存储器DDR SDRAM之间采用平行走线。

进一步地，存储器DDR SDRAM与时间戳捕获模块和实时时钟模块之间的电气连接通过具有4个独立通道的MIPI线进行传输，使同步数据在MIPI线中高速传输。

进一步地，所述图像传感器和陀螺仪为智能手机自带独立硬件设备，通过MIPI线将其与所述实时时钟模块以及时间戳捕获模块进行电气连接以及数据的传输。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型通过对智能手机硬件电路的优化使用，结合硬件电路中独立使用的智能手机图像传感器和陀螺仪模块，在不改变智能手机硬件结构的前提下，实现了图像中精确像素数据的获取，从而实现智能手机在可见光通信领域的新应用。

2、本实用新型采用对智能手机图像传感器和陀螺仪所获取数据附加时间戳的技术方案，该方案通过对所获数据附加时间戳，并通过时间戳的捕获，达到图像传感器数据与陀螺仪传感器数据的同步效果，从而实现可见光通信数据的准确同步传输。

附图说明

图1为本实用新型实施例1一种适用于可见光通信的智能手机图像接收系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2中图像传感器曝光时间和陀螺仪传感器数据的关系示意图。

图3为本实用新型实施例2中图像传感器的图像数据的时间戳示意图。

图4为本实用新型实施例2中暂时存储图像数据、陀螺仪传感器数据以及时间戳数据的环形缓存区示意图。

图5为本实用新型实施例2中时间戳捕获模块的功能示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种适用于可见光通信的智能手机图像接收系统，所述系统包括智能手机外壳主体，安装在智能手机外壳主体内的硬件电路、摄像头、触摸显示屏和传感器组，所述智能手机外壳主体侧面按键和智能手机外壳主体内的触摸显示屏能够用于控制摄像头捕获接收图像；所述硬件电路中安装有用于同步数据的时间戳捕获模块和实时时钟模块，所述时间戳捕获模块和实时时钟模块通过硬件电路进行电气连接；所述传感器组包括图像传感器和陀螺仪；光源LED发射可见光数据信号，使用所述智能手机外壳主体侧面按键或智能手机外壳主体内的触摸显示屏控制智能手机相机软件向智能手机软件层发出拍照信号，通过所述拍照信号控制摄像头和图像传感器进行图像数据的接收，陀螺仪同时获得陀螺仪传感器数据，所述图像传感器和陀螺仪在接收数据的同时，由实时时钟模块对所述图像数据和陀螺仪传感器数据附加时间戳数据，并将数据传输到所述时间戳捕获模块，所述时间戳捕获模块对时间戳进行捕获，把同步后的可见光数据通过MIPI高速传输到智能手机的CPU进行处理。

所述硬件电路除了安装有时间戳捕获模块和实时时钟模块，还包括中央处理器CPU、存储器DDR SDRAM(动态随机存储器)，并能够连接其他外部设备。

进一步地，为保证中央处理器CPU和存储器DDR SDRAM之间的传输线保持阻抗的连续性，消除反射现象，在中央处理器CPU和存储器DDR SDRAM之间采用平行走线。

所述存储器DDR SDRAM与时间戳捕获模块和实时时钟模块之间的电气连接通过具有4个独立通道的MIPI线进行传输，使同步数据在MIPI线中高速传输。

所述图像传感器和陀螺仪为智能手机自带独立硬件设备，通过MIPI线将其与所述实时时钟模块以及时间戳捕获模块进行电气连接以及数据的传输。

实施例2：

本实施例提供了一种适用于可见光通信的智能手机图像接收方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、智能手机的图像传感器和陀螺仪分别接收图像数据和陀螺仪传感器数据；

步骤2、向所述图像数据和陀螺仪传感器数据中添加时间戳，将所述时间戳附加到每个数据点，所述图像数据、陀螺仪传感器数据以及时间戳数据被暂时存储在AP系统的主存储器DDR SDRAM(动态随机存储器)中；

图像传感器曝光时间和陀螺仪传感器数据的关系示意图如图2所示，所述智能手机摄像头采用的是逐行曝光的方式，由于所述陀螺仪传感器数据是时域中的一维坐标数据，而图像数据是在曝光时间上捕获的二维数据，获取图像数据后，陀螺仪传感器数据的一部分在N帧的结尾和N+1帧的开始处重叠，所以通过使用陀螺仪传感器数据的时间戳和N帧像素读出的时间戳，我们可以指定像素的运动。所述图像数据和陀螺仪传感器数据中添加时间戳，将所述时间戳附加到每个数据点的具体过程为：

步骤2.1、所述图像传感器接收到图像数据后，由实时时钟模块在每个滚动像素处附加图像时间戳，将第一行像素和最后一行像素的输出时间分别定义为时间戳的开始与结束时间，图像传感器中图像数据的时间戳示意图如图3所示，定义第一行和最后一行的输出标记分别为时间戳A和C，输出结束标记分别为时间戳B和D，通过图像传感器的曝光时间可以推出时间戳E和F，当所述图像传感器接收的图像数据的第一行像素数据到达所述时间捕获模块时，该模块将实时时钟计数器值作为图像时间戳A进行捕获，其余的时间戳B,C,D使用相同的顺序进行附加；

步骤2.2、所述陀螺仪接收陀螺仪传感器数据后，由实时时钟模块将实时时钟计数器值作为陀螺仪传感器数据的时间戳，所述实时时钟模块被设计为生成时间戳数据，由32位计数器组成。

步骤3、将所述存储在主存储器DDR SDRAM(动态随机存储器)中的数据传输到时间戳捕获模块，由时间戳捕获模块将所述图像数据和陀螺仪传感器数据中的时间戳进行捕获，实现图像传感器和陀螺仪所获得的数据的同步；DDR SDRAM(动态随机存储器)环形缓存区的示意图如图4所示，通过读取环形缓存区的数据可以获得曝光时间并获得同步可见光数据，当选中帧#2数据时，环形缓冲区#2的与帧#2相关的时间戳将会被检查，通过A,B……F六点可以计算识别出帧#2的开始和结束的曝光时间，即图像传感器的曝光时间，进一步地，通过查看帧#3与帧#2的时间间隔可以获得一帧像素的完整曝光时间；进一步地，通过存储在环形缓存区的数据以及相对应的时间戳，可以获得同步的可见光数据信息，并通过MIPI通道进行高速传输。

时间戳捕获模块的功能示意图如图5所示，具体过程为：

步骤3.1、当所述图像传感器接收的图像数据的第一行像素数据到达所述时间戳捕获模块时，时间戳捕获模块将实时时钟计数器值作为图像时间戳进行捕获，其余的时间戳使用相同的顺序进行附加；

步骤3.2、当所述陀螺仪传感器数据到达所述时间戳捕获模块时，时间戳捕获模块将实时时钟计数器值作为陀螺仪传感器数据的时间戳进行捕获；

步骤3.3、使用时间戳捕获模块将所述图像时间戳和陀螺仪传感器数据的时间戳进行捕获，实现图像传感器和陀螺仪所获得的数据的同步。

步骤4、将同步的数据使用具有四个独立虚拟通道的MIPI(移动工业处理器接口)协议传输到智能手机的CPU，进行处理解码后得到可见光数据。

其中，图像传感器传输的图像数据分配由MIPI通道CH_0进行传输；图像数据的时间戳序列分配由MIPI通道CH_1进行传输；陀螺仪接收的16位x、y和z轴一维数据，附加32位时间数据由MIPI通道CH_2进行传输。每个独立的MIPI通道流量为1.5-2.1Gbps，所以四通道MIPI传输信道的带宽为：2100Mbps×4(通道)×90％(效率)＝7560Mbps。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。