[发明专利]一种基于离散傅里叶变换的LED光条纹码检测方法

说明书

本发明公开了一种基于离散傅里叶变换的LED光条纹码检测方法，包括如下步骤：在发射端，利用PWM调制方法使单片机输出不同频率、相同占空比的脉冲信号，调制LED发出闪烁频率不同的光；在接收端，利用摄像头拍摄LED，经图像处理后对LED图像进行离散傅里叶变换，得到对应的频谱图；对步频谱图进行阈值操作，分离出频谱图上最亮的三个点；使用距离函数确定中心点和特征点的横坐标，得到特征距离；建立特征距离与对应LED闪烁频率之间的线性关系；根据得到的线性关系，推算出LED的闪烁频率，实现对该LED识别。本发明把LED图像从图像空间域转换到图像频域，在图像频域上识别LED，抗干扰能力强，实现方法简单，可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种LED光条纹码检测方法，尤其涉及一种基于离散傅里叶变换的LED光条纹码检测方法，属于LED视觉检测与识别技术领域。

背景技术

近年来，可见光通信(VLC)技术因为其高传输速度、高带宽、高信息安全度、低成本等优点越来越受到广泛的关注。在VLC系统中，以LED作为发射端，通过调制LED使其发出高频闪烁的光信号来传输数据，而人眼无法感知到光的闪烁。在接收端，若使用CMOS摄像头接收光信号，这种VLC系统也被称作可见光成像通信(OCC)系统，它是VLC系统的关联子系统。

目前OCC系统是基于图像空间域实现的，即对在图像平面空间上分布的光条纹进行处理，这包括两种方法：一是调制与解调方法，二是调制与特征识别方法。调制与解调方法是通过调制LED发出明暗闪烁的光信号，LED亮代表比特“1”，暗代表比特“0”。接收端使用CMOS摄像头拍摄LED，因为其卷帘效应，拍摄的图像呈现出亮条纹和暗条纹，亮条纹代表比特“1”，暗条纹代表比特“0”。最后通过图像处理技术提取单独的条纹进行解码，获得LED传输的数据。这是OCC的传统实现方法，虽然有一定数据传输速度，但仍存在很多问题。例如该方法受传输距离的影响很大。如果LED与摄像头的距离超过了一定的范围，会导致LED图像上的条纹部分丢失，使数据传输失败。并且最大传输距离也比较短，通常只有10cm-50cm，无法满足实际应用的需求。而调制与特征识别方法可以解决调制解调的诸多问题。调制与特征识别方法使用图像处理算法提取LED条纹图像的特征，并基于这些图像特征用机器学习算法训练分类器。最后根据未判定的LED条纹图像所提取的特征，利用已经训练好的分类器判断图像所属类别，实现LED的检测与识别。一旦LED识别成功，其存储在云端的数据就会直接传输给用户，就如同现在广泛使用的二维码。调制与特征识别方法简单易行，传输距离较长，可以达到3m-6m，能在很多实际场景中应用，如室内可见光定位和室外交通灯识别等。但是，该方法仍然需要复杂的图像处理算法来提取图像特征，在实际应用中无法保证提取效果。并且周围环境的影响也会干扰特征提取，例如LED周围墙面或桌面在拍摄图像上形成的倒影会严重影响特征提取的效果，导致识别出现偏差。以上是基于图像空间域实现OCC的主要问题，解决这些问题是OCC的研究方向。

发明内容

针对上述现存的技术问题，本发明提供一种基于离散傅里叶变换的LED光条纹码检测方法，把LED图像从图像空间域转换到图像频域，在图像频域上识别LED，抗干扰能力强，实现方法简单，可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于离散傅里叶变换的LED光条纹码检测方法，包括如下步骤：

A.在发射端，利用PWM调制方法使单片机输出不同频率、相同占空比的脉冲信号，调制LED发出闪烁频率不同的光，形成一系列具有不同频率特征的LED；

B.在接收端，利用摄像头拍摄LED，经图像处理后对LED图像进行离散傅里叶变换，得到其对应的频谱图；

C.对步骤B得到的频谱图进行阈值操作，分离出频谱图上最亮的三个点，它们处于同一水平线上；

其中，位于中心的点称为中心点，中心点两边的点称为特征点；