一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头，该高速摄像头结构包括：镜头、混合传感器、数字信号处理芯片和PCB板，其中，LED作为发送机高速闪烁发送信号，用镜头拍摄接收视场内的景物并将生成的光学图像投射到混合传感器上，通过混合传感器将模拟信号转换成数字信号，再由数字信号处理芯片对数字信号进行加工处理，使用混合传感器中的通信区域准确识别、高速跟踪图像中的发送机。它既具有光电二极管又具有高速摄像机的优点，即传输速率高，检测发送机简单，同时它的尺寸足够小，成本较低，不需要人为的移动就可以高速实时跟踪发送机，实现两者间的可见光动态通信，具有很强的创新性和实用效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头
本技术涉及可见光通信
，具体涉及一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头。
技术介绍
在智能交通系统(ITS)领域，有许多关于使用LED的可见光通信(VLC)的研究。与其他灯相比，LED具有诸如寿命长，尺寸紧凑，高度可见性和低功耗等各种优点。因此，LED已经被应用于一些交通信号灯，汽车尾灯，显示器，照明灯等。利用这些特性，LED可以应用于高速响应和可见光通信中。可见光通信具有免受无线电干扰，节省无线电资源，对人体安全以及被广泛利用于制造基础设施等特点。在可见光通信研究中，有着路车通信系统和车辆间通信系统。路车通信系统使用LED交通信号灯作为发射机，车载摄像机作为接收机。它们的目标是发送驾驶支持信息，例如交通灯变化的时间，当地道路状况或盲区图像。另一方面，车辆间通信系统使用近年来流行的汽车的LED尾灯作为发送机。他们的目标是将信息发送到发送机后面的车辆，这使得可以获得无法看到LED交通灯的车辆的信息。在这些系统中，主要有两种类型的接收机，一个是光电二极管接收机，另一个是高速摄像机。光电二极管接收器由于其高速响应而能够高速通信并具有高传输速率。然而在动态环境下，接收机需要一个摄像头来检测和跟踪发射机，反射镜将来自发射器的光聚集到光电二极管。因此，由于相机的位置不同于光电二极管的位置，所以很难准确地检测和跟踪发射机。另外，由于摄像机的帧速率很低，跟踪速度很慢。相比之下，高速摄像机可以不需要移动摄像机就轻松检测和跟踪发射机，但传输速率低，因为它取决于高速摄像机的帧速率。而且这两个系统都不适合在车内使用，因为它们尺寸大，成本高。因此，急需要一个适用于动态环境下，可以准确地跟踪目标而且尺寸合适的接收机，它既具有光电二极管又具有高速摄像机的优点，即传输速率高，发检测射机简单，作为车载相机，以解决智能交通系统领域的实际应用问题。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头。根据公开的实施例，本技术的第一方面提出了一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头，所述的高速摄像头包括依次连接的镜头、混合传感器、数字信号处理芯片，所述的镜头、所述的混合传感器、所述的数字信号处理芯片设置在PCB板上的电路并通过电气连接，其中，所述的镜头拍摄接收视场内的景物并将生成的光学图像投射到所述的混合传感器上，通过所述的混合传感器将光学图像的模拟信号转换成数字信号，再由所述的数字信号处理芯片对数字信号进行加工处理，使用所述的混合传感器中的通信像素单元和视频像素单元准确识别、高速跟踪图像中的发送机。进一步地，所述的混合传感器中的视频像素单元识别视频像素的灰度值，在视频像素捕捉的图像中检测发送机候选区域。进一步地，所述的混合传感器的通信区域大小是640×480(像素)，其中包含640×240的通信像素单元和640×240的视频像素单元。将混合传感器中的通信区域设置成发送机候选区域，通信像素单元中只有特定的5×5的像素可以像光电二极管一样高速获取图像像素的灰度值，而且灰度值已经被转换成二进制的电压信号。通信像素单元和视频像素单元在竖直方向上交替排列，因此，在640×240的通信像素单元内，可以移动匹配通信像素单元到被视频像素检测到的发送机像素的位置以移动小于两个像素的距离，通过移动通信像素单元的位置可以实现对发送机像素的高速跟踪。根据公开的实施例，本技术的第二方面提出了一种基于高速摄像头的可见光动态环境下的通信方法，所述的通信方法包括下列步骤：S1、发送机高速闪烁发送信息，其中，发送机为LED交通信号灯；S2、高速摄像头通过镜头拍摄接收视场内的景物并将生成的光学图像投射到混合传感器上，混合传感器通过通信区域接收包含发送机信息的光学图像，计算光学图像像素的闪烁频率，然后筛选出发送机像素；S3、通过计算像素的平均运动向量以实时跟踪检测到的发送机。进一步地，所述的混合传感器的通信区域为交替设置的通信像素单元和视频像素单元，所述的步骤S2包括以下步骤：S201、通过混合传感器中的视频像素单元识别像素的特性如形状和灰度值，在拍摄的光学图像中检测发送机的候选区域；S202、将混合传感器中的通信区域设置成发送机的候选区域，并且将候选区域的像素二值化，以方便后续计算图像像素的变化次数阈值；S203、使用候选区域中的通信像素单元计算每一个发送机候选区域的像素在1ms内的灰度值变化，若1ms内的灰度值变化的像素的次数超过阈值，则标记该像素为发送机，阈值的设定如下：进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：S301、在当前的通信区域对1ms内变化的通信像素进行计数，重复S202得到当前的标记为发送机的像素，如果通信区域内标记为发送机的像素超过一个，搜寻每个标记为发送机的像素周围最近的这次没有被标记为发送机然而上一次被标记为发送机的像素，根据此计算当前被标记为发送机像素的运动向量，如果同一个像素的运动向量有多个，则计算其平均值。S302、如果通信区域中没有任何像素被标记为发送机，则重新检测发送机的候选区域。S303、计算所有运动向量的平均向量，根据平均向量移动通信区域，并重复步骤S2和步骤S3。本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本技术提出了一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头，在LED因其耐久性等优点被广泛应用作汽车尾灯、交通灯等公共设施以及亟需高速跟踪、接收LED发出的信息的环境下，具有极强的实用性和时效性。(2)本技术提出了一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头，成本低，尺寸足够小以用作车载相机，结合了普通高速摄像头和光电二极管的优点，可以高速通信而且有着高的传输效率，不需要通过人为的移动来跟踪识别发送机，解决了当前可见光通信研究中，路车通信系统和车辆间通信系统的高效较低成本的接收机的问题，但本技术的应用不仅于此，本技术可以应用于不同的环境和场合，增加了可见光通信技术应用的实用性和创新性。(3)本技术提出了一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头，其中的混合图像传感器，通过其特有的通信像素中5×5的特定像素，可以高速捕捉作为发送机的LED的高频闪烁信息，因此可以实现在可见光动态环境下实现对LED的高速检测跟踪，同时跟踪检测算法简单实用，应用范围极广，有很强的商业价值和应用潜能。附图说明图1是本技术摄像头的结构示意图；图2是本技术实现在可见光动态环境下通信的流程示意图；图3是本技术混合图像传感器的通信区域示意图；图4是本技术标记发送机像素的示意图；图5是本技术消除噪音的示意图；图6是本技术计算移动向量的示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例本实施例假设发送机是LED交通灯，接收机是一个VLC混合图像传感器，所有的LED灯通过闪烁来发送信息，为了方便检验，假设所有L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头，其特征在于，所述的高速摄像头包括依次连接的镜头、混合传感器、数字信号处理芯片，所述的镜头、所述的混合传感器、所述的数字信号处理芯片设置在PCB板上的电路并通过电气连接，其中，所述的镜头拍摄接收视场内的景物并将生成的光学图像投射到所述的混合传感器上，通过所述的混合传感器将光学图像的模拟信号转换成数字信号，再由所述的数字信号处理芯片对数字信号进行加工处理，使用所述的混合传感器中通信像素单元和视频像素单元准确识别、高速跟踪图像中的发送机。

【技术特征摘要】
1.一种用于可见光动态环境下通信的高速摄像头，其特征在于，所述的高速摄像头包括依次连接的镜头、混合传感器、数字信号处理芯片，所述的镜头、所述的混合传感器、所述的数字信号处理芯片设置在PCB板上的电路并通过电气连接，其中，所述的镜头拍摄接收视场内的景物并将生成的光学图像投射到所述的混合传感器上，通过所述的混合传感器将光学图像的模拟信号转换成数字信号，再由所述的数字信号处理芯片对数字信号进行加工处理，使用所述的混合传感器中通信像素单元和视频像素单元准确识别、高速跟踪图像中的发送机。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉香，刘梓璇，关伟鹏，方良韬，蔡烨，陈艺荣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44