基于多色可见光技术的成像通信系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于多色可见光技术的成像通信系统及方法，所述系统包括发送端及接收端，所述发送端包括调制模块及LED模块，所述LED模块包括多种不同颜色的LED灯芯；所述接收端包括解调模块及CMOS摄像头，CMOS摄像头接收发送端发送的可见光信号；所述调制模块将原始数据依次进行串并转换、编码、交织、调制、放大，驱动LED灯芯叠加传输；所述解调模块将每帧图像分解成多种颜色的图像，分别提取数据，再进行解码以及并串转换，得到原始数据。本发明专利技术实施例通过对多种颜色的LED灯芯以及采用多色解调技术联合检测以抑制不同颜色之间的干扰，解决了可见光成像通信速率低以及不同颜色光线之间存在干扰的问题，进而实现了多路发送信号的多色复用。

Imaging communication system and method based on polychromatic visible light technology

The embodiment of the invention discloses a multicolor imaging communication system of visible light technology and method based on the system, including the sender and the receiver, the transmitter comprises a modulation module and LED module, the LED module includes a variety of different colors of LED wick; the receiving end comprises a demodulation module and a CMOS camera visible light CMOS camera, signal receiving transmitter; the modulation module of the original data in serial parallel conversion, encoding, interleaving, modulation, amplification, driving the LED wick superposition transmission; demodulation module will decompose each image into multiple color image, extract the data respectively, and then decode the string, and conversion of raw data. The embodiment of the invention of a variety of colors and LED demodulation technology based on polychromatic wick joint detection to suppress the interference between different color, solves the interference problem between the optical communication rate is low and the different colors of light, so as to realize the multi signal multiplexing transmission.

【技术实现步骤摘要】
基于多色可见光技术的成像通信系统及方法
本专利技术涉及可见光成像通信
，尤其涉及一种基于多色可见光技术的成像通信系统及方法。
技术介绍
传统可见光通信通常使用LED作为发送端，采用强度调制/直接检测的方法，利用光电检测器(PhotoDetector，PD)来进行接收。实际中照明通常由一组LED或者LED阵列来完成，近年来，液晶显示屏(LiquidCrystalDisplay，LCD)也已普遍进入人们的生活中，随着手持(车载)终端的大量普及，利用终端上的相机等电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)或CMOS成像器件来接收LED阵列或者LCD发出的信息进而完成通信的理念被提出并迅速发展。由于接收端是对相机收到的每帧图像进行处理，因此又被称为可见光成像通信。2015年，台湾的Chow,C.W.团队利用CMOS摄像设备的卷帘门特性，实现可见光成像通信。“卷帘门效应”是CMOS传感器的一个特点，即在接收一帧图片时，有别于全局快门中一次捕捉一整张图片，CMOS传感器的卷帘快门将像素点逐行水平扫描激活，再整合成为一帧图片。两种快门方式的原理对比如图1(a)和图1(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多色可见光技术的成像通信系统，包括发送端及接收端，其特征在于，所述发送端包括调制模块及LED模块，所述LED模块包括多种不同颜色的LED灯芯；所述接收端包括解调模块及CMOS摄像头，CMOS摄像头接收发送端发送的可见光信号；所述调制模块将原始数据u经过串并转换分为z个子序列{u1,u2,u3,…uz}，z为LED灯芯颜色种类的数量；将第i(i＝1、2、…、或z)个子序列ui经第i层的曼彻斯特编码器编码生成码元序列ci；将码元序列ci经随机交织器充分交织得到vi；将交织后的数据vi经非归零OOK调制成码元序列si，再经过对应的放大器进行放大，得到信号xi；再根据信号xi形成基带的电信号驱...

【技术特征摘要】
1.一种基于多色可见光技术的成像通信系统，包括发送端及接收端，其特征在于，所述发送端包括调制模块及LED模块，所述LED模块包括多种不同颜色的LED灯芯；所述接收端包括解调模块及CMOS摄像头，CMOS摄像头接收发送端发送的可见光信号；所述调制模块将原始数据u经过串并转换分为z个子序列{u1,u2,u3,…uz}，z为LED灯芯颜色种类的数量；将第i(i＝1、2、…、或z)个子序列ui经第i层的曼彻斯特编码器编码生成码元序列ci；将码元序列ci经随机交织器充分交织得到vi；将交织后的数据vi经非归零OOK调制成码元序列si，再经过对应的放大器进行放大，得到信号xi；再根据信号xi形成基带的电信号驱动各色LED灯芯发光；z种颜色的LED灯芯合成白光发出对应的光信号；所述解调模块对CMOS摄像头接收到的视频文件进行处理，对视频中每帧图像分别分解得到对应z种颜色的z个通道的图像数据，对每个通道的灰度图像分别进行数据提取；对每个通道提取出的数据进行曼切斯特解码，去同步头，恢复得到每路数据，经过并串转换，得到发送端发送的原始数据。2.如权利要求1所述的基于多色可见光技术的成像通信系统，其特征在于，所述解调模块采用如下算法计算得到对应的图像数据：设发送端发送的数据矩阵为X＝[x1,x2,x3,…xz]T，则接收端接收的数据矩阵Y＝[y1,y2,y3,…yz]T表示为：Y＝JHX+Xz；其中，Xz是z维加性高斯白噪声，服从N(0,σ2)分布；JH为信道增益矩阵，矩阵H和矩阵J的表达式分别为：和hii为链路直流增益，且链路直流增益表示为：其中，m＝-ln2/ln(cosθ1/2)为对应LED模块的LED光源的调制阶数，θ1/2为LED光源的半功率角，A为CMOS摄像头的像素的有效面积、dii表示阵列中第i个LED灯芯到第i个像素的光线传输距离、T(φii)为CMOS摄像头的滤光器增益、g(φii)为CMOS摄像头的透镜增益，即：其中，矩阵函数rect(x)定义为：则发送端发送的数据X表示为：X＝γS；其中，γ＝[γ1,γ2,γ3,…γz]T为放大器的放大系数。3.如权利要求2所述的基于多色可见光技术的成像通信系统，其特征在于，接收端采用LMMSE滤波器过滤接收的数据矩阵Y，得到过滤后的数据且其中，W为LMMSE的加权系数矩阵，W＝(JH)H((JH)HJH+σ2I)-1；根据下式计算出接收到第i种颜色的LED灯芯发出的数据为：其中，wi为加权系数矩阵的行向量，ξi为经过CMOS摄像头的滤光片后相邻颜色间的干扰。4.如权利要求3所述的基于多色可见光技术的成像通信系统，其特征在于，接收端以最小信干噪比最大化为优化目标函数，优化对应的各个放大器的放大系数和各个LED灯芯的光通量，表达式为：5.如权利要求4所述的基于多色可见光技术的成像通信系统，其特征在于，优化目标函数的约束条件包括如下公式：0≤γ≤I；其中，L＝[L1,L2,L3,…Lz]T，(xi,yi)为第i个LED灯芯的色品图坐标，(x0,y0)为麦克亚当椭圆的中心点，ζ∈(0,7]为ζ阶麦克亚当椭圆，g11、g12和g22为麦克亚当椭圆常数，Li为第i个LED灯芯的光通量；P为恒定的光通量之和；γ为放大器的放大系数，且I＝[I1,I2,I3,…Iz]T，I为每个LED灯芯线性区域可以...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴江，
申请(专利权)人：深圳市光域物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44