一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法及装置，该发明专利技术通过使用CMOS摄像头作为接收端的可见光通信装置，基于CMOS图像传感器的卷帘快门曝光模式，在接收LED灯具发出的高频可见光信号时，CMOS摄像头将拍摄出由明暗条纹交错分布的卷帘效应灰度图案，并通过对卷帘效应灰度图案依次进行选取列向量矩阵、提高消光比以及阈值判决三个主要步骤的处理后，解调数据包，实现高速的可见光通信。该装置不需要额外的接收端装置成本以及在实际使用中更具灵活性，卷帘效应灰度图案有效缓解了过曝光效应，降低了接收信号的误码率，显著提高了消光比，使曼彻斯特码编写的数据头更加易于被检测出来，降低了可见光通信的噪声干扰。

A visible light communication method and device based on general CMOS camera

The invention discloses a method and device for visible light communication universal CMOS camera based on the invention as a visible light communication apparatus at the receiving end through the use of CMOS camera, CMOS image sensor rolling shutter exposure mode based on high frequency signal in visible light receiving LED lamps, CMOS camera shooting shutter effect of gray level pattern staggered by the stripe distribution, and through the rolling effect in a selected row gray pattern vector matrix and improve the three major steps of extinction ratio and threshold after demodulation of data packets, optical high-speed communication. The device does not need the receiver device and the additional costs in the actual use of more flexibility, effectively alleviate the effect of rolling gray pattern over exposure effect, reduce the bit error rate of the received signal, significantly improve the extinction ratio, the data head Manchester code written more easily to be detected, reduces the noise interference of visible light communication.

【技术实现步骤摘要】
一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法及装置
本专利技术涉及可见光通信
，具体涉及一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法及装置。
技术介绍
传统可见光通信系统使用光电二极管(一般是PIN光电二极管或者雪崩二极管)作为可见光通信的信号接收端，因为使用光电二极管的可见光数据传输速率相对较高，但是安装光电二极管所需成本较高，所以应用范围极其有限。随着图像传感器技术的飞速发展，CMOS图像传感器性能得到提高的同时成本也有所降低。如今电子产品市场上的智能手机都普遍装有CMOS图像传感器的摄像头，因此，使用CMOS摄像头代替传统的光电二极管作为可见光通信的信号接收端可以大大节约额外的装置成本以及在实际应用中更具灵活性。CMOS摄像头采用卷帘快门模式进行曝光，它不同于全局快门模式(一次对整个帧进行曝光)，它是对每一行像素依次进行曝光。因此，在接收LED灯发出的高频白光信号(频率远高于CMOS图像传感器帧率)时，CMOS摄像头会拍摄出由明暗条纹交错分布的卷帘效应图案。选取中间的列像素灰度值进行数据读取，将明条纹的行像素记录为逻辑字节“1”，暗条纹的行像素记录为逻辑字节“0”，所以在一帧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法，其特征在于，所述的可见光通信方法具体如下：所述的CMOS摄像头通过捕获LED灯具发出的高频可见光信号，并基于卷帘快门的曝光模式，拍摄出由明暗条纹交错分布的卷帘效应灰度图案，通过选取列向量矩阵、提高消光比以及阈值判决处理卷帘效应灰度图案进行解调信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法，其特征在于，所述的可见光通信方法具体如下：所述的CMOS摄像头通过捕获LED灯具发出的高频可见光信号，并基于卷帘快门的曝光模式，拍摄出由明暗条纹交错分布的卷帘效应灰度图案，通过选取列向量矩阵、提高消光比以及阈值判决处理卷帘效应灰度图案进行解调信号。2.根据权利要求1所述的一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法，其特征在于，所述的选取列向量矩阵具体如下：对每一帧卷帘效应灰度图案的每一行像素构造二阶拟合曲线，并对符合方差要求的灰度值进行升序排列并加权平均计算以作为所在行像素的灰度值，并选取中间灰度值列向量矩阵进行信号解调；所述的提高消光比具体如下：对所选取灰度值列向量矩阵构造第一条二阶拟合曲线，令大于第一条二阶拟合曲线值的灰度取值等于曲线值；构造第二条二阶拟合曲线，令小于第二条二阶拟合曲线值的灰度值等于0；所述的阈值判决具体如下：对经过提高消光比后的灰度值列向量矩阵构造一条三阶拟合曲线作为阈值，对于大于阈值的灰度值取1，小于阈值的灰度值取0。3.根据权利要求1或2所述的一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法，其特征在于，所述的选取列向量矩阵包括下列步骤：S101、计算卷帘效应灰度图灰度值矩阵的大小，记总行像素为R，列像素为C，定义在一行像素中每一个元素为(αi,βi)，其中αi表示第i个像素点，βi则表示该像素的灰度值。i＝1,2,……,R；S102、构造二阶拟合曲线k0，k1，k2为常系数，设方差为则总方差为通过令总方差E(k0,k1k2)的一阶偏导求得常系数k0，k1，k2；S103、取出符合方差的所有灰度取值，并对取得的灰度值依次进行升序排列，取前20％的灰度值进行加权平均计算以作为所在行像素的灰度值；S104、选取处理后灰度图中间列像素灰度值构成列向量矩阵。4.根据权利要求1或2所述的一种基于通用CMOS摄像头的可见光通信方法，其特征在于，所述的提高消光比包括下列步骤：S201、对于所选取的列向量矩阵构造第一条二阶拟合曲线其中xi为列向量矩阵中第i个元素，令大于值的灰度值等于S202、再次构造二阶拟合曲线yi为经步骤S201处理过的列向量矩阵中第i个元素,令小于值的灰度值等于0。5.根据权利要求1或2所述的一种基于通用CMOS摄像头的可见光...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉香，关伟鹏，谢灿宇，江钟杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44