摘要
近年来，可见光通信（VisibleLightCommunication，VLC）技术的发展得到了广泛的关注。可见光相机通信（OpticalCameraCommunication，OCC）是一种通过图像传感器（ImageSensor，IS）接收光信号的VLC技术，与基于射频（RadioFrequency，RF）的无线通信相比，OCC技术具有无射频干扰、无需频谱认证、无电磁辐射等优势。因此，OCC技术在智能交通系统、室内外通信定位等复杂环境中具有很大的应用潜力。 目前针对OCC技术的研究主要分为编码调制、定位跟踪和解调解码等方向。其中涉及解调解码的研究仍存在一些不足：现有的研究均通过模拟仿真或在无噪声的理想环境中分析解码算法的性能，未考虑干扰光源的影响；现有的研究均通过灰度值的强弱与二值化阈值相比较来识别LED的状态，未考虑环境光强变化对图像整体灰度值的影响。基于以上问题，本文考虑干扰光源以及光强变化等复杂因素的环境，对OCC系统的解码算法展开了深入研究。 本文首先分析了环境光强变化和干扰光源对基于方向投影法的解码算法性能的影响；然后通过自适应阈值和“0”状态LED的二次解码对算法进行优化；最后针对优化算法无法处理干扰光源和在光强不断变化环境中的鲁棒性较低等问题，提出了一种基于多特征的解码算法。本文的主要工作及贡献如下： （1）OCC系统优化 通过缩减定位LED数量，使传信LED的数量由12增加到14，每个数据帧传输的有效数据由12bits增加到14bits。通过采用性能更加良好的相机，使得系统通信速率由126.32bps增加到789.47bps，通信距离由8m增加到80m。 （2）基于方向投影法的解码算法分析与优化 基于方向投影法的解码算法具有开销小、处理速率高等优点。本文首先分析环境光强变化对基于方向投影法的解码算法性能的影响，实验结果表明，该算法通过二值图像识别LED状态，二值化阈值灵敏度是影响该算法性能的重要因素；然后从两个角度对基于方向投影法的解码算法进行优化，一是通过自适应阈值提高二值化阈值的灵敏度，二是通过“0”状态LED的二次解码降低算法对二值化阈值灵敏度的依赖性。实验对比结果表明，优化后算法的误码率由1×10?2降至2×10?3。 （3）基于多特征的解码算法研究 针对优化后的基于方向投影法的解码算法无法处理干扰光源的问题，提出一种基于几何特征的LED阵列检测算法，根据LED阵列的宽度和长宽比等几何特征排除干扰光源，确定LED阵列的轮廓信息。针对优化后的基于方向投影法的解码算法在环境光强不断变化环境中鲁棒性较低的问题，对基于灰度特征的LED位检测算法进行优化，通过计算LED区域内平均灰度比和梯度向量积两个灰度特征来识别LED状态。将基于几何特征的LED阵列检测算法和基于灰度特征的LED位检测算法相结合，构成基于多特征的解码算法。实验结果表明，在复杂环境中，基于多特征的解码算法的误码率为5×10?4。
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