一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制系统的制作方法

本实用新型涉及可见光通信技术领域，具体涉及一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制系统。

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，如今智能手机中作为通信的手段仅仅是通过以GSM(全球移动通信系统)制式和CDMA(码分多址无线通信技术)方式实现，即数字信号进行通信；智能手机摄像机最初并不是设计为通信工具，如果能将可见光通信技术与智能手机功能结合使用，将智能手机相机作为OCC(Optical Camera Communication)通信设备，用于可见光通信中进行光通信信号的传输，那么智能手机在日常生活中的普及将会带来很大的便利。

由于OCC(Optical Camera Communication)通信是一种图像帧单元通信方式，对帧速率进行控制有利于OCC通信，方便调节OCC通信传输速率；在现有的技术中，智能手机拍照时手机机身的运动也会对智能手机摄像头捕获图像造成影响，第一种是手机捕获图像时偏移一个很微小的角度，第二种是手机捕获图像时上机在竖直方向或其他方向的平行运动，都会使得捕捉的目标在图像传感器上显示的像素发生偏移，使得像素帧变得模糊，而对帧速率进行控制可以减小机身运动带来的影响，即可以补偿智能手机机身的运动。

因此，极为有必要开发一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制系统，调节智能手机图像传感器捕获图像的速率，同时能够准确获取可见光通信数据；满足用户对多元化智能手机功能的需求，优化智能手机摄像头以及图像传感器等智能手机硬件电路的使用，更大化的利用手机现有的硬件设备，结合可见光通信技术，实现在接收图像的同时实现可见光通信信号的传输。

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，提供了一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制系统。

本实用新型的目的可以通过如下技术方案实现：

一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制系统，所述系统包括智能手机外壳主体、智能手机摄像头、触摸显示屏和安装在智能手机外壳主体内的硬件电路；所述智能手机外壳主体侧面按键和触摸显示屏能够用于控制智能手机摄像头进行图像的接收捕获；所述智能手机摄像头中设置有图像传感器以及数字信号处理器；所述硬件电路包括电子运算处理器模块并连接有其他外设，所述电子运算处理器模块与其他外设设置在智能手机外壳主体内部的硬件电路上；目标光源LED发射可见光信号，通过使用所述触摸显示屏或智能手机外壳主体侧面按键控制智能手机相机软件发出拍照信号，通过所述拍照信号控制智能手机摄像头内的图像传感器捕获接收图像数据，捕获图像数据中的目标光源LED，根据完整图像中像素强度提取出LED信源数据，识别光源LED对象在图像中的像素位置，使用分割技术，将包含所述可见光信号数据的像素进行分割，获取完整的LED可见光数据而不改变数据原本像素大小，将分割后的数据传输到A/D转换器中进行重新成像，减少传输图像的数据大小来提高图像传感器的输出速率，从而提高智能手机图像传感器的帧速率。

进一步地，所述智能手机外壳主体内的硬件电路包括中央处理器CPU、电子信号处理器模块以及连接的其他外设，每一个功能模块和与硬件电路进行电气连接的其他外设都受中央处理器CPU的控制，控制信号由传输线进行传输。

进一步地，为保证中央处理器CPU与各个外设之间的传输线保持阻抗的连续性并且能够消除反射现象，在中央处理器CPU与各个外设之间采用平行走线，确保数据到达中央处理器CPU与各个外设的时间相近。

进一步地，所述智能手机摄像头还包括A/D转换器模块，图像传感器通过传输线将可见光数据传输到数字信号处理器，再由数字信号处理器将信号数据传输到A/D转换器模块进行重新成像，最后通过传输线传输到软件层进行下一步处理；各模块之间通过智能手机摄像头内部硬件电路进行电气连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型在保证捕获完整可见光数据的同时，提高图像传感器的输出速率，从而提高了智能手机帧速率，解决了智能手机捕获像素时机身抖动带来的成像模糊问题。

2、本实用新型结合使用了可见光通信技术中的可见光数据传输方法，通过对光源LED目标的捕获，获取LED发出的可见光通信数据，可以应用于不同的环境与场合，增加了智能手机功能的实用性和创新性。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2中智能手机机身旋转对图像传感器捕获像素的影响示意图。

图3为本实用新型实施例2中智能手机机身垂直方向移动对图像传感器捕获像素的影响示意图。

图4为本实用新型实施例2中实现图像传感器的数据分割示意图。

图5为本实用新型实施例2中图像传感器以帧速率30fps连续捕获像素的示意图。

图6为本实用新型实施例2中图像传感器以帧速率60fps连续捕获像素的示意图。

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：

本实施例提供了一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制系统，所述系统的结构图如图1所示，包括智能手机外壳主体、智能手机摄像头、触摸显示屏和安装在智能手机外壳主体内的硬件电路；所述智能手机外壳主体侧面按键和触摸显示屏能够用于控制智能手机摄像头进行图像的接收捕获；所述智能手机摄像头中设置有图像传感器以及数字信号处理器；所述硬件电路包括电子运算处理器模块并连接有其他外设，所述电子运算处理器模块与其他外设设置在智能手机外壳主体内部的硬件电路上；目标光源LED发射可见光信号，通过使用所述触摸显示屏或智能手机外壳主体侧面按键控制智能手机相机软件发出拍照信号，通过所述拍照信号控制智能手机摄像头内的图像传感器捕获接收图像数据，捕获图像数据中的目标光源LED，根据完整图像中像素强度提取出LED信源数据，识别光源LED对象在图像中的像素位置，使用分割技术，将包含所述可见光信号数据的像素进行分割，获取完整的LED可见光数据而不改变数据原本像素大小，将分割后的数据传输到A/D转换器中进行重新成像，减少传输图像的数据大小来提高图像传感器的输出速率，从而提高智能手机图像传感器的帧速率。

其中，所述智能手机外壳主体内的硬件电路包括中央处理器CPU、电子信号处理器模块以及连接的其他外设，每一个功能模块和与硬件电路进行电气连接的其他外设都受中央处理器CPU的控制，控制信号由传输线进行传输。为保证中央处理器CPU与各个外设之间的传输线保持阻抗的连续性并且能够消除反射现象，在中央处理器CPU与各个外设之间采用平行走线，确保数据到达中央处理器CPU与各个外设的时间相近。

另外，所述智能手机摄像头还包括A/D转换器模块，图像传感器通过传输线将可见光数据传输到数字信号处理器，再由数字信号处理器将信号数据传输到A/D转换器模块进行重新成像，最后通过传输线传输到软件层进行下一步处理；各模块之间通过智能手机摄像头内部硬件电路进行电气连接。

实施例2：

本实施例提供了一种用于可见光通信的智能手机帧速率控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、智能手机摄像头内的图像传感器捕获LED光源的图像，获得完整图像像素信息，并根据完整图像像素信息中各像素的强度，提取出LED光源的信源数据，识别LED光源在图像中的像素位置；

其中，LED光源发送可见光信号，所述触摸显示屏以及智能手机侧面按键控制智能手机摄像头进行图像的接收捕获。如图2所示，放大化智能手机图像传感器结构，F为智能手机摄像头焦距，T为光源到图像传感器像素平面的距离，F远小于T，当使用智能手机进行图像捕获时，由于操作手机时无法做到完美的稳定状态，出现一个微小的θ角度的偏移，此时光源LED在图像传感器中的成像会发成距离为L的偏移，当θ角度偏大时，由于偏移距离L跨过的像素数目多，便会造成捕捉的图像模糊。如图3所示，放大化智能手机图像传感器结构，F为智能手机摄像头焦距，T为光源到图像传感器像素平面的距离，F远小于T，当智能使用手机进行图像捕获时，由于操作手机时无法做到完美的稳定状态，出现某一方向上的手机机身移动，以竖直方向为例，当手机机身向下移动时，由于智能手机摄像头镜头与光源LED位置的变化，光源LED的成像会发生距离为L的便宜，也会造成捕捉的图像模糊。

进一步地，为了减少偏移距离L的大小，需要增大智能手机图像传感器的读出速度。由于图像传感器与电子信号处理器之间的带宽有限，只能减少图像像素的数量来提高手机图像传感器的读出速度。

步骤2、利用分割技术将LED光源从完整图像中分割出来，获得完整的LED光源可见光信息而不改变图像像素大小，将完整的LED光源可见光信息经A/D转换器转换后得到新的图像信息，以提高图像传感器的读出速度；

如图4所示，智能手机图像传感器捕获图像，根据像素强度提取出信源数据，识别包含可见光通信数据的光源LED在图像中的像素位置，利用图像分割技术，将光源LED所包含的像素信息分割出来，并且不改变原图像的像素大小，保证了分割后图像的质量。分割后的图像包含更少的像素数据，将该数据通过传输线传输到A/D转换器中，通过A/D转换器构建新的显示图像，减少读出的数据数量，从而提高图像传感器的读出速度。

步骤3、提高图像传感器捕获LED光源的图像的速率，补偿智能手机机身抖动造成的成像模糊。

图5和图6分别为图像传感器以帧速率30fps和帧速率60fps连续捕获像素的示意图，可以看出，提高图像传感器的帧速率，即提高图像传感器捕捉目标的频率，减小成像点之间的距离L，可以补偿智能手机机身抖动造成的成像模糊。

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。