本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，基于智能手機(jī)攝像頭的可見(jiàn)光通信技術(shù)極具發(fā)展前景。該技術(shù)利用數(shù)碼相機(jī)卷簾快門工作方式，通過(guò)拍照將明暗閃爍的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)以明暗條紋的形式保存在照片中，隨后對(duì)照片進(jìn)行解碼處理即可提取信息。

但是由于不同型號(hào)的智能手機(jī)拍攝圖片的分辨率、感光元器件參數(shù)、成像算法均可能存在差異，因而針對(duì)同一發(fā)送端發(fā)出的相同的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，其拍照得到的圖片中明暗條紋寬度有所不同，這種現(xiàn)象為信息解碼制造了很大困難。面對(duì)當(dāng)今智能手機(jī)高速發(fā)展，新老機(jī)型不斷更替的形勢(shì)，為每個(gè)機(jī)型設(shè)計(jì)特定的解碼參數(shù)工作量大，實(shí)用性低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信方法及系統(tǒng)，以克服手機(jī)攝像頭可見(jiàn)光通信過(guò)程中不同機(jī)型參數(shù)差異造成的解碼問(wèn)題。

本發(fā)明一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信方法，包括：

移動(dòng)終端的攝像頭對(duì)焦發(fā)送終端的LED光源，通過(guò)所述攝像頭的卷簾快門進(jìn)行拍照獲取所述LED光源對(duì)應(yīng)的明暗條紋圖像，所述明暗條紋圖像對(duì)應(yīng)待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)，所述待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)包括：幀同步、數(shù)字隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

所述移動(dòng)終端的處理器將所述明暗條紋圖像轉(zhuǎn)換二值化的一維數(shù)組；

所述處理器將所述二值化的一維數(shù)組按照幀格式進(jìn)行解碼；

所述處理器將解碼后的字符排序。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)終端的攝像頭對(duì)焦發(fā)送終端的LED光源，通過(guò)所述攝像頭的卷簾快門進(jìn)行拍照獲取所述LED光源對(duì)應(yīng)的明暗條紋圖像之前，還包括：

發(fā)送終端采用曼徹斯特編碼將待發(fā)送字符信息對(duì)LED光源進(jìn)行調(diào)制得到可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，所述可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)包括：幀同步頭、數(shù)據(jù)隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

所述發(fā)送終端通過(guò)調(diào)制后的LED光源廣播式循環(huán)發(fā)送調(diào)制后的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述處理器將所述二值化的一維數(shù)組按照幀格式進(jìn)行解碼，包括：

檢測(cè)二值化序列的幀同步頭中連續(xù)1序列的長(zhǎng)度；

根據(jù)所述長(zhǎng)度確定門限值，所述門限值為一個(gè)信息比特對(duì)應(yīng)的二值化序列長(zhǎng)度；

根據(jù)所述門限值確定所述二值化序列長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的比特信息，記錄幀同步頭后的每個(gè)連續(xù)0或連續(xù)1的二值化序列長(zhǎng)度，所述比特信息為一比特0、兩比特0、一比特1或者兩比特1中的任一種；

對(duì)所述比特信息進(jìn)行曼徹斯特解碼，提取字符信息。

進(jìn)一步地，發(fā)送終端采用比特速率2.4kbps至14.4kbps發(fā)送調(diào)制后的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述處理器將解碼后的字符排序之后，還包括：

所述處理器將排序后的字符發(fā)送至顯示單元。

本發(fā)明還提供一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，包括：

發(fā)送終端、移動(dòng)終端攝像頭以及所述移動(dòng)終端處理器；

所述發(fā)送終端用于采用曼徹斯特編碼將待發(fā)送字符信息對(duì)LED光源進(jìn)行調(diào)制得到可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，并通過(guò)調(diào)制后的LED光源廣播式循環(huán)發(fā)送調(diào)制后的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，所述可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)包括：幀同步頭、數(shù)據(jù)隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

所述移動(dòng)終端攝像頭用于對(duì)焦發(fā)送終端的LED光源，通過(guò)所述攝像頭的卷簾快門進(jìn)行拍照獲取所述LED光源對(duì)應(yīng)的明暗條紋圖像，所述明暗條紋圖像對(duì)應(yīng)待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)，所述待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)包括：幀同步、數(shù)字隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

所述移動(dòng)終端處理器用于將所述明暗條紋圖像轉(zhuǎn)換二值化的一維數(shù)組，將所述二值化的一維數(shù)組按照幀格式進(jìn)行解碼，所述處理器將解碼后的字符排序。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)終端處理器具體用于：

檢測(cè)二值化序列的幀同步頭中連續(xù)1序列的長(zhǎng)度；

根據(jù)所述長(zhǎng)度確定門限值，所述門限值為一個(gè)信息比特對(duì)應(yīng)的二值化序列長(zhǎng)度；

根據(jù)所述門限值確定所述二值化序列長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的比特信息，記錄幀同步頭后的每個(gè)連續(xù)0或連續(xù)1的二值化序列長(zhǎng)度，所述比特信息為一比特0、兩比特0、一比特1或者兩比特1中的任一種；

對(duì)所述比特信息進(jìn)行曼徹斯特解碼，提取字符信息。

進(jìn)一步地，還包括：

顯示單元，用于接收并顯示移動(dòng)終端處理器發(fā)送的經(jīng)過(guò)解碼排序后的字符信息。

本發(fā)明利用曼徹斯特編碼信息的特點(diǎn)，以幀同步頭在圖片中的像素寬度作為參考值，將明暗條紋逐條與參考值比對(duì)，判定其相對(duì)寬度，解碼其對(duì)應(yīng)的比特信息，有效提高該技術(shù)的普適性，推進(jìn)該技術(shù)的商業(yè)實(shí)用化發(fā)展。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的信息幀結(jié)構(gòu)；

圖3為本發(fā)明的解碼流程圖；

圖4為本發(fā)明的解碼過(guò)程示例；

圖5為本發(fā)明的手機(jī)終端信息顯示效果圖；

圖6為本發(fā)明一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明的手機(jī)終端圖像采樣結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信方法流程圖，如圖1所示，本實(shí)施例方法，包括：

步驟101、移動(dòng)終端的攝像頭對(duì)焦發(fā)送終端的LED光源，通過(guò)所述攝像頭的卷簾快門進(jìn)行拍照獲取所述LED光源對(duì)應(yīng)的明暗條紋圖像，所述明暗條紋圖像對(duì)應(yīng)待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)，所述待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)包括：幀同步、數(shù)字隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例中移動(dòng)終端為配備數(shù)碼相機(jī)且快門工作模式為卷簾快門的智能手機(jī)，目前市面上大多數(shù)型號(hào)的智能手機(jī)均符合要求。作為接收端，開(kāi)啟該智能手機(jī)攝像頭，并對(duì)準(zhǔn)LED光源，通過(guò)其卷簾快門工作特性拍照獲取明暗條紋圖像，移動(dòng)終端還可以為平板電腦等移動(dòng)終端；

步驟102、所述移動(dòng)終端的處理器將所述明暗條紋圖像轉(zhuǎn)換二值化的一維數(shù)組；

步驟103、所述處理器將所述二值化的一維數(shù)組按照幀格式進(jìn)行解碼；

步驟104、所述處理器將解碼后的字符排序。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)終端的攝像頭對(duì)焦發(fā)送終端的LED光源，通過(guò)所述攝像頭的卷簾快門進(jìn)行拍照獲取所述LED光源對(duì)應(yīng)的明暗條紋圖像之前，還包括：

發(fā)送終端采用曼徹斯特編碼將待發(fā)送字符信息對(duì)LED光源進(jìn)行調(diào)制得到可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，所述可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)包括：幀同步頭、數(shù)據(jù)隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

所述發(fā)送終端通過(guò)調(diào)制后的LED光源廣播式循環(huán)發(fā)送調(diào)制后的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)。

具體來(lái)說(shuō)，如圖2所示，包括幀同步頭、數(shù)據(jù)隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息、幀尾隔離位五部分；幀標(biāo)簽與字符信息采用曼徹斯特編碼，每個(gè)碼元由兩比特組成，因此信息最多只有兩位連0或連1；幀同步頭由連續(xù)N比特1組成，N的取值范圍為3至7，能夠有效與曼徹斯特編碼信息區(qū)分，并保證幀效率；由于數(shù)據(jù)隔離位與幀尾隔離位的作用，其連續(xù)比特?cái)?shù)不受所攜帶信息影響，恒定為N；比特信息采用振幅鍵控OOK調(diào)制，以占空比為1的方波信號(hào)發(fā)送。幀標(biāo)簽對(duì)應(yīng)八個(gè)曼徹斯特碼元，攜帶八位二進(jìn)制信息，用于標(biāo)識(shí)幀內(nèi)字符信息的位置；字符信息對(duì)應(yīng)十六個(gè)曼徹斯特碼元，對(duì)應(yīng)兩個(gè)ASCII編碼的字符數(shù)據(jù)；幀同步頭由連續(xù)五比特1組成，能夠有效與曼徹斯特編碼信息區(qū)分，并保證幀效率；數(shù)據(jù)隔離位與幀尾隔離位各由一比特0組成，由于數(shù)據(jù)隔離位與幀尾隔離位的作用，幀同步頭連續(xù)比特?cái)?shù)不受所攜帶信息影響，恒定為5。比特信息采用振幅鍵控OOK調(diào)制，以占空比為1的方波形式發(fā)送。

信息對(duì)外發(fā)送的比特速率在2.4kbps至14.4kbps之間，以此保證攝像頭成像明暗條紋清晰且單張圖像中必存在完整幀結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例選取14.4kbps。

進(jìn)一步地，所述處理器將所述二值化的一維數(shù)組按照幀格式進(jìn)行解碼，包括：

檢測(cè)二值化序列的幀同步頭中連續(xù)1序列的長(zhǎng)度；

根據(jù)所述長(zhǎng)度確定門限值，所述門限值為一個(gè)信息比特對(duì)應(yīng)的二值化序列長(zhǎng)度；

根據(jù)所述門限值確定所述二值化序列長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的比特信息，記錄幀同步頭后的每個(gè)連續(xù)0或連續(xù)1的二值化序列長(zhǎng)度，所述比特信息為一比特0、兩比特0、一比特1或者兩比特1中的任一種；

對(duì)所述比特信息進(jìn)行曼徹斯特解碼，提取字符信息。

具體來(lái)說(shuō)，首先，遍歷二值化序列，確定連續(xù)1序列為幀同步頭，根據(jù)幀同步頭的序列長(zhǎng)度計(jì)算解碼用到的門限值。由于一張照片包含多個(gè)信息幀，因此可以先把各個(gè)幀的同步頭找到，取其均值確定門限值，避免偶然性。

接下來(lái)，重新從頭至尾遍歷此二值化序列，找到一個(gè)同步頭后，根據(jù)上述確定的門限值，解碼同步頭后攜帶的信息；當(dāng)本幀解碼結(jié)束后，繼續(xù)向后尋找下一同步頭，并根據(jù)門限值解碼同步頭后攜帶的信息，依此類推，直至遍歷整個(gè)二值化序列后完畢。

解碼過(guò)程適配不同機(jī)型參數(shù)，提取幀內(nèi)的字符信息，解碼流程如圖3所示。將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像；求各行像素平均灰度值，將二維圖像信息轉(zhuǎn)化為一維數(shù)組；對(duì)數(shù)組信息進(jìn)行最小二乘擬合，確定動(dòng)態(tài)的的明暗判決門限，克服背景光干擾；按擬合曲線對(duì)數(shù)組信息進(jìn)行二值化判決。

門限W的大小能夠隨不同機(jī)型實(shí)際成像參數(shù)而改變；針對(duì)同一發(fā)送端發(fā)出的相同的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，若某機(jī)型像素高，或攝像頭每秒采樣幀頻低，則明暗條紋對(duì)應(yīng)像素行數(shù)多，同時(shí)，幀同步頭對(duì)應(yīng)的像素行數(shù)也隨之增加，因而門限值W隨之增大；反之，若某機(jī)型像素低，或攝像頭每秒采樣幀頻高，則明暗條紋對(duì)應(yīng)像素行數(shù)較少，此時(shí)，幀同步頭對(duì)應(yīng)的像素行數(shù)減少，門限W隨之降低；即判決過(guò)程中以條紋寬度的相對(duì)值而非絕對(duì)值作為參考，因此能夠適應(yīng)不同寬度的明暗條紋，通信過(guò)程能夠適配多種手機(jī)機(jī)型。

進(jìn)一步地，所述處理器將解碼后的字符排序之后，還包括：

所述處理器將排序后的字符發(fā)送至顯示單元。

具體來(lái)說(shuō)，解碼過(guò)程如圖4所示。首先檢測(cè)二值化序列中幀同步頭對(duì)應(yīng)的連續(xù)1序列長(zhǎng)度，隨后確定解碼門限值W。由于幀同步頭后第一個(gè)比特為數(shù)據(jù)隔離位0，因此第一條條紋必為暗條紋。記錄此暗條紋對(duì)應(yīng)的連續(xù)0序列長(zhǎng)度W₀，與門限值W對(duì)比，圖中W₀大于1.5W，因此判定此連續(xù)0序列對(duì)應(yīng)的暗條紋代表兩個(gè)0比特。隨后記錄下一個(gè)連續(xù)1序列長(zhǎng)度W₁，與門限值W對(duì)比，圖中W₁大于1.5W，因此判定此連續(xù)1序列對(duì)應(yīng)的亮條紋代表兩個(gè)1比特，依次類推。最終，一幀信息被恢復(fù)為0，1比特，其中第一個(gè)和最后一個(gè)0比特為兩個(gè)隔離位。對(duì)其他0，1比特按順序兩兩進(jìn)行曼徹斯特解碼即可獲取發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。

門限W的大小能夠隨不同機(jī)型實(shí)際成像參數(shù)而改變，判決過(guò)程中以條紋寬度的相對(duì)值而非絕對(duì)值作為參考，因此能夠適應(yīng)不同寬度的明暗條紋，通信過(guò)程能夠適配多種手機(jī)機(jī)型。舉例說(shuō)明，如圖5所示，接收到的字符信息為“VLC test”。經(jīng)過(guò)拍照、圖像處理、解碼一系列過(guò)程，傳輸?shù)男畔⒃贏PP內(nèi)緩存并顯示。

圖6為本發(fā)明一種兼容多機(jī)型的移動(dòng)終端攝像頭可見(jiàn)光通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，本實(shí)施例系統(tǒng)，包括：

發(fā)送終端101、移動(dòng)終端攝像頭102以及所述移動(dòng)終端處理器103；

所述發(fā)送終端用于采用曼徹斯特編碼將待發(fā)送字符信息對(duì)LED光源進(jìn)行調(diào)制得到可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，并通過(guò)調(diào)制后的LED光源廣播式循環(huán)發(fā)送調(diào)制后的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，所述可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)包括：幀同步頭、數(shù)據(jù)隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

所述移動(dòng)終端攝像頭用于對(duì)焦發(fā)送終端的LED光源，通過(guò)所述攝像頭的卷簾快門進(jìn)行拍照獲取所述LED光源對(duì)應(yīng)的明暗條紋圖像，所述明暗條紋圖像對(duì)應(yīng)待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)，所述待發(fā)送字符信息調(diào)制信號(hào)包括：幀同步、數(shù)字隔離位、幀標(biāo)簽、字符信息和幀尾隔離位；

所述移動(dòng)終端處理器用于將所述明暗條紋圖像轉(zhuǎn)換二值化的一維數(shù)組，將所述二值化的一維數(shù)組按照幀格式進(jìn)行解碼，所述處理器將解碼后的字符排序。

具體來(lái)說(shuō)，其中，發(fā)送端以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)串口連接至上位機(jī)。字符信息由上位機(jī)輸入，通過(guò)串口調(diào)制助手傳輸至單片機(jī)內(nèi)。單片機(jī)對(duì)字符信息進(jìn)行調(diào)制，組裝成特定幀格式，并以高低電平的形式傳輸至LED驅(qū)動(dòng)電路。LED驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)接收到的高低電平驅(qū)動(dòng)LED光源快速閃滅。舉例說(shuō)明，發(fā)送端發(fā)送的字符信息為“VLC test”。

利用智能手機(jī)作為接收端，開(kāi)啟手機(jī)攝像頭對(duì)準(zhǔn)LED光源，通過(guò)其卷簾快門工作特性拍照獲取明暗條紋圖像。通信系統(tǒng)中的拍照過(guò)程在本發(fā)明對(duì)應(yīng)的APP內(nèi)實(shí)現(xiàn)，圖像采樣結(jié)果如圖7所示。

進(jìn)一步地，所述移動(dòng)終端處理器具體用于：

檢測(cè)二值化序列的幀同步頭中連續(xù)1序列的長(zhǎng)度；

根據(jù)所述長(zhǎng)度確定門限值，所述門限值為一個(gè)信息比特對(duì)應(yīng)的二值化序列長(zhǎng)度；

根據(jù)所述門限值確定所述二值化序列長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的比特信息，記錄幀同步頭后的每個(gè)連續(xù)0或連續(xù)1的二值化序列長(zhǎng)度，所述比特信息為一比特0、兩比特0、一比特1或者兩比特1中的任一種；

對(duì)所述比特信息進(jìn)行曼徹斯特解碼，提取字符信息。

進(jìn)一步地，還包括：

顯示單元，用于接收并顯示移動(dòng)終端處理器發(fā)送的經(jīng)過(guò)解碼排序后的字符信息。

本發(fā)明方法可以為移動(dòng)終端開(kāi)發(fā)的專用APP，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光通信功能。該APP集照片拍攝、圖像處理、信息顯示于一體，用戶無(wú)需切換至APP外部應(yīng)用即可獲取通信信息，完成了適配多機(jī)型的手機(jī)攝像頭可見(jiàn)光通信。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。