一种可见光动态标签及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种可见光动态标签及其实现方法，该可见光动态标签设有发送端和接收端，发送端以单片机作为主控制器，将经过特定协议编码后的数字或字符信息比特流通过驱动电路循环加载到LED灯阵中，使得LED灯光在满足照明需求的同时还能发送信息；接收端利用摄像头作为可见光动态标签的接收元件，使用摄像头拍摄带有调制信息的灯光，通过对接收到的可见光信息按照与编码协议对应的解码协议进行解调从而获得发送端发送的数字或字符信息，即可得到灯光中承载的信息。与二维码等传统实物标签相比，该标签具有制造成本低廉，信息保密性高，灵活应用等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种可见光动态标签及其实现方法
本专利技术涉及可见光通信
，具体涉及一种可见光动态标签及其实现方法。
技术介绍
可见光通信是近年来提出的新一代通信技术，它的发送端是将信息按照一定协议编码得到的载波信号调制到常用的照明灯光中，以自由空间作为传输信道，接收端使用光电探测器对灯光的亮度或者频率进行分析解码得到原始信息来实现通信功能。当前可视化实物标签形式单一，目前大部分的实物标签都是以图片的形式保存标签数据，印刷在产品的包装上或者产品表面，这种使用印刷的方式承载的标签属于静态标签，一旦标签内容设定印刷后便不可更改，在一些需要经常更改标签的场合欠缺灵活性。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种可见光动态标签及其实现方法，与二维码等传统实物标签相比，该标签具有制造成本低廉，信息保密性高，灵活应用等特点。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种可见光动态标签，包括：发送端和接收端；所述发送端包括：直流电源、单片机、驱动电路和LED灯阵，所述直流电源与单片机连接，所述单片机通过驱动电路驱动LED灯阵；所述单片机用于将接收到的待传输信息进行信息编码转换成比特流，所述驱动电路用于根据比特流调制LED灯阵发光状态；所述接收端设有摄像模块，所述摄像模块用于拍摄灯光图片，所述接收端将拍摄的灯光图片进行图像分析，得到接收的码流，对码流进行解码获得对应灯光的的信息，加载获取到的链接信息，获得对应的待传输信息。作为优选的技术方案，所述LED灯阵采用多组灯珠并联，每一组采用多个LED灯串联，并设有LED聚光透镜，所述LED聚光透镜安装到LED灯阵中。作为优选的技术方案，所述摄像模块采用CMOS图像传感器，采用卷帘快门曝光方式。本专利技术还提供一种可见光动态标签的实现方法，包括下述步骤：所述发送端进行信息编码，发送bit信息，所述信息编码步骤包括：取待发送信息、字符编码、相位调制、添加帧头和帧头保护；所述接收端进行图像处理，所述图像处理具体步骤包括：获取摄像头数据、灰度值修正、列像素排序、移动平滑滤波和多项式拟合判决；采用二项式拟合的方法对数据进行拟合，在得出拟合曲线后，将每一个灰度值和与之对应的拟合值进行比较，得到判决结果；所述接收端进行数据解调，所述数据解调具体步骤包括：寻找帧头、数据重排、数据缩减和解码原始字符信息；在数据缩减之后，得到LED灯阵发送的比特流，对所述比特流按照对应编码方法进行解码，得到原始字符信息。作为优选的技术方案，所述字符编码的步骤中，将英文字符、数字符和特殊符号与二进制码元一一对应，构建编码表，将待传输信息通过编码表转换成对应的二进制码元。作为优选的技术方案，所述相位调制的具体步骤包括：令当前第i位编码为x(i)，相位调制后第i位编码为y(i)，则y(i)与x(i)存在以下关系：即编码第一位与原始编码相同，从第二位开始，若原编码当前位与前一位相同则将当前位改变电平，若不相同则不变，其中，符号“～”表示取反。作为优选的技术方案，所述发送端进行信息编码的步骤中，加入奇偶校验码，所述接收端进行奇偶校验，若校验结果为有误码存在，则自动重启拍照重新获取一帧数据再次进行处理，直到校验结果为无误码发生才对数据进行解调，还原出原始发送的信息。作为优选的技术方案，所述灰度值修正具体计算公式为：其中，G表示从手机中获取的灰度值，Gn为经过灰度值校正后的灰度值。作为优选的技术方案，所述列像素排序步骤包括：将帧图像的每一列像素值进行降序排序，确定明暗条纹宽度。作为优选的技术方案，所述移动平滑滤波的具体计算公式为：其中，Yi表示平滑滤波后的灰度值，M表示每个比特占用的列数，即比特分辨率，Xi表示排序后选定的行第i个列灰度值，w表示列数。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：(1)可见光动态标签的信息解读需要特定的解码协议，即使使用相同的光图象处理算法但用不同的编解码表可以获得不同的bit信息，从而具有较强的信息保密性，同时，灯光传输范围的可控性，也加强了信息传输的保密性。(2)本专利技术结构简单，灵活性强，发送端只需要在原有灯光的基础上加上调制载波芯片即可，无需对原有灯光线路进行更改，同时可以根据不同的场合定制不同的灯光分布，根据需求实时通过软件实时更改各个灯光的调制信息。(3)本专利技术利用一个帧图像的每一列像素获取LED一个亮灭状态信息的技术方案，解决了分析视频要耗费大量存储空间和处理时间的问题，大大简化了信号解调的工作。附图说明图1为本实施例可见光动态标签的整体结构框图；图2为本实施例STM32单片机信息编码的流程示意图；图3为本实施例相位调制的时序图；图4为本实施例驱动电路与LED灯阵的连接示意图；图5为本实施例接收端光信息处理步骤的流程示意图；图6为本实施例接收端图像处理步骤的流程示意图；图7为本实施例手机摄像头数据生成的图像示意图；图8为本实施例灰度值修正后的图像示意图；图9为本实施例列灰度排序后的灰度图像示意图；图10(a)为本实施例原始图像的行像素灰度曲线图；图10(b)为本实施例排序后的行像素灰度曲线图；图11为本实施例移动平滑滤波后的灰度值曲线图；图12为本实施例数据解调步骤的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例如图1所示，本实施例提供一种可见光动态标签，可以改变当前实物标签形式单一的现状，本实施例的可见光动态标签分为发送端和接收端，该光标签的发送端以STM32单片机作为主控制器，将经过特定协议编码后的数字或字符信息比特流通过驱动电路循环加载到LED灯中，使得LED灯光在满足照明需求的同时还能发送信息；接收端利用智能手机的摄像头作为可见光动态标签的接收元件，使用智能手机摄像头拍摄带有调制信息的灯光，通过对接收到的可见光信息按照与编码协议对应的解码协议进行解调从而获得发送端发送的数字或字符信息，即可得到灯光中承载的信息。发送端包括直流电源、STM32单片机、驱动电路和LED灯阵，直流电源与STM32单片机连接，STM32单片机通过驱动电路驱动LED灯阵；管理后台可以通过串口或者Zigbee无线网络与单片机建立连接，将待传输的信息(如一个链接信息:www.baidu.com)加载到STM32单片机上。STM32单片机将接收到的信息进行编码转换成二进制比特流，通过OOK调制的方法按照一定的码元宽度加载在驱动电路上调制LED灯阵发光状态，灯暗代表当前发送‘0’，灯亮代表当前发送‘1’，由于亮暗变化的速度很快，人眼无法察觉灯的闪烁，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可见光动态标签，其特征在于，包括：发送端和接收端；/n所述发送端包括：直流电源、单片机、驱动电路和LED灯阵，所述直流电源与单片机连接，所述单片机通过驱动电路驱动LED灯阵；/n所述单片机用于将接收到的待传输信息进行信息编码转换成比特流，所述驱动电路用于根据比特流调制LED灯阵发光状态；/n所述接收端设有摄像模块，所述摄像模块用于拍摄灯光图片，所述接收端将拍摄的灯光图片进行图像分析，得到接收的码流，对码流进行解码获得对应灯光的的信息，加载获取到的链接信息，获得对应的待传输信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种可见光动态标签，其特征在于，包括：发送端和接收端；
所述发送端包括：直流电源、单片机、驱动电路和LED灯阵，所述直流电源与单片机连接，所述单片机通过驱动电路驱动LED灯阵；
所述单片机用于将接收到的待传输信息进行信息编码转换成比特流，所述驱动电路用于根据比特流调制LED灯阵发光状态；
所述接收端设有摄像模块，所述摄像模块用于拍摄灯光图片，所述接收端将拍摄的灯光图片进行图像分析，得到接收的码流，对码流进行解码获得对应灯光的的信息，加载获取到的链接信息，获得对应的待传输信息。


2.根据权利要求1所述的可见光动态标签，其特征在于，所述LED灯阵采用多组灯珠并联，每一组采用多个LED灯串联，并设有LED聚光透镜，所述LED聚光透镜安装到LED灯阵中。


3.根据权利要求1所述的可见光动态标签，其特征在于，所述摄像模块采用CMOS图像传感器，采用卷帘快门曝光方式。


4.根据权利要求1-3任一项所述可见光动态标签的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：
所述发送端进行信息编码，发送bit信息，所述信息编码步骤包括：取待发送信息、字符编码、相位调制、添加帧头和帧头保护；
所述接收端进行图像处理，所述图像处理具体步骤包括：获取摄像头数据、灰度值修正、列像素排序、移动平滑滤波和多项式拟合判决；
采用二项式拟合的方法对数据进行拟合，在得出拟合曲线后，将每一个灰度值和与之对应的拟合值进行比较，得到判决结果；
所述接收端进行数据解调，所述数据解调具体步骤包括：寻找帧头、数据重排、数据缩减和解码原始字符信息；
在数据缩减之后，得到LED灯阵发送的比特流，对所述比特流按照对应编码方法进行解码，得到原始字符信息。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯元华，周骥，李朝晖，苏健锋，黄剑文，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44