一种基于CMOS图像传感器检测LED闪烁频率的方法技术

本发明专利技术公开一种基于CMOS图像传感器检测LED闪烁频率的方法，包括：获取光源区条纹图片，将条纹图片转换成灰度图片；针对条纹图片中每一行的所有像素计算平均灰度值，假定灰度明暗条纹图片共有M行，将M个平均灰度值存储在数组IAverage(n)，n＝0，1，...，M-1中；对IAverage(n)进行M点DFT运算，求IAverage(n)的频率响应值R(k)；0≤k≤M-1，为傅立叶系数；检测R(k)中除低频分量以外的峰值所对应的K值，设为KN，KN即条纹图片中的条纹数目；再用总行数M除以KN得到明暗条纹宽度的像素行数，即条纹图片每行像素灰度值的变化规律的周期值，设为Row_N＝M/KN；求出LED的闪烁频率fLED＝frow/ROW_N；其中frow为CMOS图像传感器的行扫描频率。该方法得到了明暗条纹图片的某个特征值与LED闪烁频率之间的对应关系，并实现可靠性高的LED闪烁频率检测，具有较好的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术面向L邸可见光通信（WX)定位领域，提出了一种基于CMOS图像传感器检 测LED闪烁频率的方法。
技术介绍
[000引采用带有CMOS图像传感器（CIS)的手机接收LED光信号，可W通过检测闪烁LED形成的明暗条纹图片，实现低速率信息传输。为使闪烁L邸在成像平面上形成明暗条纹图 片，CMOS图像传感器应采用卷帘式快口。有现有技术1提出了一种可见光通信系统，如图 1所示，其发射机采用开关键控（OOK)调制驱动的L邸光源，接收机采用CMOS图像传感器 形成明暗条纹图片，通过对明暗条纹图片进行图像处理来解调OOK信号。该论文所提出的 系统和解码方法在短距离通信（几十厘米）和无背景环境光干扰的环境下，可W获得一定 的通信性能。但是，如果将现有技术1提出的系统和方法应用在实际常见的室内照明环境 中，即实现2-6米的通信距离且存在环境光干扰时，其通信性能将变得很差，无法满足实际 应用。 有现有技术2公开了一种可见光信号传输解码方法。其基本思想是发射端采用 LED光源灯具W不同的频率进行闪烁，接收端采用CMOS图像传感器获取闪烁光信号形成不 同明暗条纹宽度的条纹图片。条纹图片的明暗条纹宽度取决于LED光源的闪烁频率。发射 机通过频移开关键控（FSOOK)调制驱动L邸灯具顺序发出闪烁频率信息，每一种频率代表 若干位比特的数据。接收端的CMOS图像传感器采用等间隔时间拍照获取若干幅明暗条纹 图片，然后对明暗条纹图片进行条纹数目检测。由于不同的条纹数目代表不同的闪烁频率， 进而解码出二进制数据；现有技术2所提出的可见光通信系统如图2所示。 如图2所示，基于FSOOK调制的可见光通信（化C)系统实现可靠信息传输的关键 是对不同宽度的明暗条纹图片进行解码而获得LED闪烁频率。现有技术2提出的检测条纹 图片条纹数目的方法具体思路是：首先将有效光源区条纹图片进一步缩减为发光面矩形， 对发光面矩形图片灰度值进行灰度值二元化，然后对二值矩形图片的每一行求和，再对和 值求一阶或二阶偏导，最后对每行的偏导值进行处理得到图片的条纹数目。 然而，通过实际实验验证，现有技术2提出的运种检测图片条纹数目的方法可靠 性并不理想。而且如果CMOS图像传感器与L邸光源（闪烁频率保持不变）之间的距离发 生变化后，有效光源区的条纹数目会发生变化，并不能得到条纹数目与LED闪烁频率之间 的对应关系。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种基于CMOS图 像传感器检测L邸闪烁频率的方法。该方法通过对可见光通信系统进行数学建模，得到 了明暗条纹图片的某个特征值与LED闪烁频率之间的对应关系，并由此来实现可靠性高的 LED闪烁频率检测，具有较好的实际应用价值。 为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：[000引一种基于CMOS图像传感器检测LED闪烁频率的方法，包括： S1、获取光源区条纹图片，将条纹图片转换成灰度图片； S2、针对条纹图片每一行的所有像素计算平均灰度值，假定灰度明暗条纹图片共 有M行，将M个平均灰度值存储在数组lAwfwc(n)，n= 0,1，…，M-I中；[00川 S3、对Iavmw。(n)进行M点DFT运算，求Iavmw。(n)的频率响应值R似；二打,"".,。、.(")睐';;''，〇《1^《1-1，巧',7;为傅立叶系数； 巧=0[001引S4、检测R(k)中除低频分量W外的峰值（极大值）所对应的K值，设为Kw,Kw即条 纹图片中的条纹数目；再用总行数M除WKw得到明暗条纹宽度的像素行数，即条纹图片每 行像素灰度值的变化规律的周期值，设为R0w_N=M/Kw; S5、求出L邸的闪烁频率fuD=f?/R0W_N;其中ff胃为CMOS图像传感器的行扫描 频率。 本专利技术通过对FSOOK调制驱动的L邸灯具和CMOS图像传感器组合的VLC通信系 统进行数学建模，可知所拍摄的明暗条纹图片每行像素灰度值的变化规律是周期性的，即 用CMOS图像传感器的行扫描频率除W运个周期值即为LED的闪烁频率。 与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是： 本专利技术提出的针对明暗条纹图片检测LED闪烁频率的方法，可有效提高此类化C 通信定位系统的低速率信息传输的可靠性，降低误码率，提高抗各种环境光干扰的能力，同 时算法简洁明了，可大幅提高明暗条纹图片的处理速度，具有较大的应用价值。【附图说明】 图1是现有技术1提出的可见光通信系统示意图。 图2是现有技术2所提出的可见光通信系统示意图。 图3是采用华为智能手机CMOS摄像头对L邸灯具拍照所形成的明暗条纹图。 图4是CIS对闪烁的L邸灯具采用卷帘式快口拍照成像过程示意图。 图5是针对图1的条纹图片处理得到的每行像素平均灰度值的幅度波形图。 图6是检测方法的具体实施过程流程图。 图7是针对图3条纹图片处理得到的每行像素平均灰度值的频谱响应图。【具体实施方式】 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附 图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸； 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可W理解 的。下面结合附图和实施例对对明暗条纹图片的成像过程进行阐述。 W目前常见的光摄像机通信（OCC)系统为例，发射机一般可使用FSOOK调制驱动 的L邸灯具，并可加装灯罩W控制光照区域。假定L邸灯具的闪烁频率为fuD，闪烁周期为，丄邸灯具发出占空比为0. 5的方波信号，则L邸发光强度的时域表达式可用下式 表不：E(t) =E〇(t+kT〇) (I)其中：(2} 其中Em为光强度峰值。另一方面，接收机可采用卷帘快口机制的CIS。在实际场 景的拍摄条件下，有效光源区内光强分布是不一样的，在中屯、将形成高光区，往外延伸光强 会逐渐降低。图3为使用华为智能手机的CIS对闪烁L邸灯具采用卷帘式快口拍照成像的 实例图。从图中可见，图片可分为两个层次，第一层是成像所得到的L邸灯具图片（高光 区），还有一层是卷帘快口所形成的明暗条纹图当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CMOS图像传感器检测LED闪烁频率的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取光源区条纹图片，将条纹图片转换成灰度图片；S2、针对条纹图片中每一行的所有像素计算平均灰度值，假定灰度明暗条纹图片共有M行，将M个平均灰度值存储在数组IAverage(n)，n＝0，1，…，M‑1中；S3、对IAverage(n)进行M点DFT运算，求IAverage(n)的频率响应值R(k)；其中R(k)=DFT[IAverage(n)]=Σn=0M-1IAverage(n)WMnk,0≤k≤M-1,]]>为傅立叶系数；S4、检测R(k)中除低频分量以外的峰值所对应的K值，设为KN，KN即条纹图片中的条纹数目；再用总行数M除以KN得到明暗条纹宽度的像素行数，即条纹图片每行像素灰度值的变化规律的周期值，设为Row_N＝M/KN；S5、求出LED的闪烁频率fLED＝frow/ROW_N；其中frow为CMOS图像传感器的行扫描频率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李正鹏，江明，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44