一種基于cmos圖像傳感器檢測led閃爍頻率的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明面向L邸可見光通信（WX)定位領域，提出了一種基于CMOS圖像傳感器檢 測LED閃爍頻率的方法。
【背景技術】
[000引采用帶有CMOS圖像傳感器（CIS)的手機接收LED光信號，可W通過檢測閃爍LED形成的明暗條紋圖片，實現(xiàn)低速率信息傳輸。為使閃爍L邸在成像平面上形成明暗條紋圖 片，CMOS圖像傳感器應采用卷簾式快口。有現(xiàn)有技術1提出了一種可見光通信系統(tǒng)，如圖 1所示，其發(fā)射機采用開關鍵控（OOK)調制驅動的L邸光源，接收機采用CMOS圖像傳感器 形成明暗條紋圖片，通過對明暗條紋圖片進行圖像處理來解調OOK信號。該論文所提出的 系統(tǒng)和解碼方法在短距離通信（幾十厘米）和無背景環(huán)境光干擾的環(huán)境下，可W獲得一定 的通信性能。但是，如果將現(xiàn)有技術1提出的系統(tǒng)和方法應用在實際常見的室內照明環(huán)境 中，即實現(xiàn)2-6米的通信距離且存在環(huán)境光干擾時，其通信性能將變得很差，無法滿足實際 應用。
[0003] 有現(xiàn)有技術2公開了一種可見光信號傳輸解碼方法。其基本思想是發(fā)射端采用 LED光源燈具W不同的頻率進行閃爍，接收端采用CMOS圖像傳感器獲取閃爍光信號形成不 同明暗條紋寬度的條紋圖片。條紋圖片的明暗條紋寬度取決于LED光源的閃爍頻率。發(fā)射 機通過頻移開關鍵控（FSOOK)調制驅動L邸燈具順序發(fā)出閃爍頻率信息，每一種頻率代表 若干位比特的數(shù)據(jù)。接收端的CMOS圖像傳感器采用等間隔時間拍照獲取若干幅明暗條紋 圖片，然后對明暗條紋圖片進行條紋數(shù)目檢測。由于不同的條紋數(shù)目代表不同的閃爍頻率， 進而解碼出二進制數(shù)據(jù)；現(xiàn)有技術2所提出的可見光通信系統(tǒng)如圖2所示。
[0004] 如圖2所示，基于FSOOK調制的可見光通信（化C)系統(tǒng)實現(xiàn)可靠信息傳輸?shù)年P鍵 是對不同寬度的明暗條紋圖片進行解碼而獲得LED閃爍頻率。現(xiàn)有技術2提出的檢測條紋 圖片條紋數(shù)目的方法具體思路是：首先將有效光源區(qū)條紋圖片進一步縮減為發(fā)光面矩形， 對發(fā)光面矩形圖片灰度值進行灰度值二元化，然后對二值矩形圖片的每一行求和，再對和 值求一階或二階偏導，最后對每行的偏導值進行處理得到圖片的條紋數(shù)目。
[0005] 然而，通過實際實驗驗證，現(xiàn)有技術2提出的運種檢測圖片條紋數(shù)目的方法可靠 性并不理想。而且如果CMOS圖像傳感器與L邸光源（閃爍頻率保持不變）之間的距離發(fā) 生變化后，有效光源區(qū)的條紋數(shù)目會發(fā)生變化，并不能得到條紋數(shù)目與LED閃爍頻率之間 的對應關系。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術所述的至少一種缺陷（不足），提供一種基于CMOS圖 像傳感器檢測L邸閃爍頻率的方法。該方法通過對可見光通信系統(tǒng)進行數(shù)學建模，得到 了明暗條紋圖片的某個特征值與LED閃爍頻率之間的對應關系，并由此來實現(xiàn)可靠性高的 LED閃爍頻率檢測，具有較好的實際應用價值。
[0007] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案如下：
[000引一種基于CMOS圖像傳感器檢測LED閃爍頻率的方法，包括：
[0009] S1、獲取光源區(qū)條紋圖片，將條紋圖片轉換成灰度圖片；
[0010] S2、針對條紋圖片每一行的所有像素計算平均灰度值，假定灰度明暗條紋圖片共 有M行，將M個平均灰度值存儲在數(shù)組lAwfwc(n)，n= 0,1，…，M-I中；
[00川 S3、對Iavmw。(n)進行M點DFT運算，求Iavmw。(n)的頻率響應值R似；
[001引其中代(/0=0巧/4、";,八)]二打,"".,。、.(")睞';;''，〇《1^《1-1，巧',7;為傅立葉系數(shù)； 巧=0
[001引S4、檢測R(k)中除低頻分量W外的峰值（極大值）所對應的K值，設為Kw,Kw即條 紋圖片中的條紋數(shù)目；再用總行數(shù)M除WKw得到明暗條紋寬度的像素行數(shù)，即條紋圖片每 行像素灰度值的變化規(guī)律的周期值，設為R0w_N=M/Kw;
[0014] S5、求出L邸的閃爍頻率fuD=f?/R0W_N;其中ff胃為CMOS圖像傳感器的行掃描 頻率。
[0015] 本發(fā)明通過對FSOOK調制驅動的L邸燈具和CMOS圖像傳感器組合的VLC通信系 統(tǒng)進行數(shù)學建模，可知所拍攝的明暗條紋圖片每行像素灰度值的變化規(guī)律是周期性的，即 用CMOS圖像傳感器的行掃描頻率除W運個周期值即為LED的閃爍頻率。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明技術方案的有益效果是：
[0017] 本發(fā)明提出的針對明暗條紋圖片檢測LED閃爍頻率的方法，可有效提高此類化C 通信定位系統(tǒng)的低速率信息傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率，提高抗各種環(huán)境光干擾的能力，同 時算法簡潔明了，可大幅提高明暗條紋圖片的處理速度，具有較大的應用價值。
【附圖說明】
[0018] 圖1是現(xiàn)有技術1提出的可見光通信系統(tǒng)示意圖。
[0019] 圖2是現(xiàn)有技術2所提出的可見光通信系統(tǒng)示意圖。
[0020] 圖3是采用華為智能手機CMOS攝像頭對L邸燈具拍照所形成的明暗條紋圖。
[0021] 圖4是CIS對閃爍的L邸燈具采用卷簾式快口拍照成像過程示意圖。
[0022] 圖5是針對圖1的條紋圖片處理得到的每行像素平均灰度值的幅度波形圖。
[0023] 圖6是檢測方法的具體實施過程流程圖。
[0024] 圖7是針對圖3條紋圖片處理得到的每行像素平均灰度值的頻譜響應圖。
【具體實施方式】
[0025] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附 圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；
[0026] 對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可W理解 的。下面結合附圖和實施例對對明暗條紋圖片的成像過程進行闡述。
[0027] W目前常見的光攝像機通信（OCC)系統(tǒng)為例，發(fā)射機一般可使用FSOOK調制驅動 的L邸燈具，并可加裝燈罩W控制光照區(qū)域。假定L邸燈具的閃爍頻率為fuD，閃爍周期為
，丄邸燈具發(fā)出占空比為0. 5的方波信號，則L邸發(fā)光強度的時域表達式可用下式 表不：
[0028]E(t) =E〇(t+kT〇) (I)
[0029]其中：
(2}
[0031] 其中Em為光強度峰值。另一方面，接收機可采用卷簾快口機制的CIS。在實際場 景的拍攝條件下，有效光源區(qū)內光強分布是不一樣的，在中屯、將形成高光區(qū)，往外延伸光強 會逐漸降低。圖3為使用華為智能手機的CIS對閃爍L邸燈具采用卷簾式快口拍照成像的 實例圖。從圖中可見，圖片可分為兩個層次，第一層是成像所得到的L邸燈具圖片（高光 區(qū)），還有一層是卷簾快口所形成的明暗條紋圖