本发明涉及可见光通信领域，尤其涉及利用可见光信号传输/获取标识信息及定位的方法和装置。
背景技术：
目前，全球定位系统(GPS)是最为广泛应用的定位系统。但是，GPS信号会被建筑物的屋顶和墙壁挡住，因而在室内会非常微弱或消失，所以GPS难以在室内环境中获得良好的定位准确性，而且实际上不能用于室内定位。
可见光通信技术也被开发来传输用于定位的标识信息，其利用可见光(颜色、强度或位置)的变化传输标识信息。这种用于传输标识信息的通信技术是基于高频闪烁的光信号。具体地，待传输标识信息首先被编码为数字信号；然后该数字信号被用于调制光源的驱动电流或驱动电压的持续时间或频率，使得光源高频闪烁。
该高频闪烁信号可由光敏装置检测到，例如，图像传感器。图像传感器可基于“卷帘快门”机制在不同时间曝光，即传感器的不同部分，每行或每列在不同时间曝光。基于该特征，当拍摄亮度快速变化的光源的图像时，带有卷帘快门的图像传感器可获取包含明条纹或暗条纹的图像。通过测量条纹的宽度，可计算光源驱动电流和驱动电压的频率，因此，可恢复所传输的标识信息。
但是，该方法有如下缺陷：图像传感器的局部过度曝光可能影响条纹的宽度，例如，在过度曝光区域内，明条纹可能变宽，而暗条纹可能变窄或者甚至消失，导致图像分析和解码失败；以及不同的背景光照条件可导致测量条纹宽度的不确定性。
此外，在这种可见光通信中使用的光敏装置必须是特别设计的，以检测可见光，因此，只能应用于有限的场景。而且，虽然商业可获取的移动设备(如智能手机、平板电脑、掌上电脑)具有光敏部件，例如图像传感器，但是其不适合这种高频闪烁信号。
技术实现要素：
鉴于上述问题，提出了本发明，本发明提供了一种利用可见光信号传输或从可见光信号获取标识信息，以及定位的技术方案，以克服至少一种上述缺陷。
根据本发明的第一方面，提供了一种利用可见光信号传输光源的标识信息的方法，包括：基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动信号，以获取用于驱动所述光源发射可见光信号的调制驱动信号；以及基于所述调制驱动信号，发射可见光信号，以传输标识信息，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，所述标识信息对应于在一个或多个时间点从所述可见光信号所获取的一个或多个图像中显示的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述变化的个数对应于所述变化的频率。
根据本发明的示例性实施例，基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动信号，以获取调制驱动信号包括：基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动电压或驱动电流，以获取第一调制驱动电压或第一调制驱动电流。
根据本发明的示例性实施例，所述第一调制驱动电流大于未调制驱动电流，使得由所述第一调制驱动电流驱动的光源的光通量等于由所述未调制电流驱动的光源的光通量。
根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括：基于带有高频载波信号的第二调制驱动电流，发射所述可见光信号，所述第二调制驱动电流大于未调制信号，使得由所述第二调制驱动电流驱动的光源在包括高电平和低电平的各周期内的光通量是恒定的。
根据本发明的示例性实施例，所述第一调制驱动电压或第一调制驱动电流用于驱动所述光源发射频率为100Hz至1.37MHz的可见光信号，且所述可见光信号的每个低电平的持续时间是固定的，或所述可见光信号的每个高电平的持续时间是固定的。
根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括：在所述光源的照明范围内，检测人的出现；以及在无人出现时，基于未调制驱动信号，发射可见光信号。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于从可见光信号获取光源的标识信息的方法，包括：在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化；测量所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率；以及获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。
根据本发明的第三方面，提供了一种利用可见光信号定位的方法，包括：在一位置处在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化；测量所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率；获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的光源的标识信息；以及通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置。
根据本发明的示例性实施例，所述方法还包括：通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置之前，通过一种或多种无线定位机制的方式，确定所述位置的区域；以及通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置包括：通过用所述区域的数据在预先定义的地图数据库中查找所述标识信息来确定所述位置。
根据本发明的示例性实施例，所述无线定位机制包括通过GPS、GPRS、 GSM、CDMA、WIFI、Zigbee、Bluetooth或RFID定位。
根据本发明的示例性实施例，在一位置处在一个或多个时间点从可见光信号获取一个或多个图像包括：由包括图像传感器的图像拍摄装置在一位置处在一个或多个时间点获取一个或多个图像，所述图像传感器的曝光模式是卷帘快门模式，且卷帘快门的采样频率高于所述图像传感器的帧速率。
根据本发明的示例性实施例，在一位置处在一个或多个时间点从可见光信号获取一个或多个图像包括：在一位置处在带有卷帘快门的图像传感器上拍摄所述一个或多个图像，其中所述图像传感器的不同部分在不同时间点曝光。
根据本发明的示例性实施例，所述可见光信号是由所述光源基于调制驱动信号而发射的，所述调制驱动信号驱动所述光源发射所述可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化
根据本发明的示例性实施例，所述光源是一个或多个光源，并且：在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化包括：在一个或多个时间点从一个或多个光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，其中每个图像中的一个或多个曝光区域对应于所述一个或多个光源；测量所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数包括：测量每个图像中的所述一个或多个曝光区域的明条纹或暗条纹的变化的个数；以及获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括：获取对应于每个图像中的所述一个或多个曝光区域的所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于通过可见光信号传输标识信息的光源，包括：调制器，用于基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动信号，以获取用于驱动所述光源发射可见光信号的调制驱动信号；以及发射器，用于基于所述调制驱动信号，发射可见光信号，以传输标识信息，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，所述标识信息对应于在一个或多个时间点从所述可见光信号所获取的一个或多个图像中显示的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述变化的个数对应于所述变化的频率。
根据本发明的示例性实施例，所述调制器用于基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动电压或驱动电流，以获取第一调制驱动电压或第一调制驱动电流。
根据本发明的示例性实施例，所述第一调制驱动电流大于未调制驱动电流，使得由所述第一调制驱动电流驱动的光源的光通量等于由所述未调制电流驱动的光源的光通量。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器用于基于带有高频载波信号的第二调制驱动电流，发射所述可见光信号，所述第二调制驱动电流大于未调制信号，使得由所述第二调制驱动电流驱动的光源在包括高电平和低电平的各周期内的光通量是恒定的。
根据本发明的示例性实施例，所述第一调制驱动电压或第一调制驱动电流用于驱动所述光源发射频率为100Hz至1.37MHz的可见光信号，且所述可见光信号的每个低电平的持续时间是固定的，或所述可见光信号的每个高电平的持续时间是固定的。
根据本发明的示例性实施例，所述光源还包括：检测器，用于在所述光源的照明范围内，检测人的出现；并且其中所述发射器在无人出现时，基于未调制驱动信号，发射可见光信号。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于从可见光信号获取光源的标识信息的装置，包括：图像传感器，用于在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化；存储器，用于在一个或多个时间点储存由所述图像传感器获取的所述一个或多个图像；以及处理器，用于测量储存在所述存储器中的所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数，以及获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率。
根据本发明的第六方面，提供了一种利用可见光信号定位的装置，包括：图像传感器，用于在一位置处在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化；存储器，用于在一个或多个时间点储存由所述图像传感器获取的所述一个或多个图像；以及处理器，用于测量存储在所述存储器中的所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率；获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的光源的标识信息；以及通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置。
根据本发明的示例性实施例，所述处理器用于通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置之前，通过一种或多种无线定位机制的方式，确定所述位置的区域；以及所述处理器用于通过用所述区域的数据在预先定义的地图数据库中查找所述标识信息来确定所述位置。
根据本发明的示例性实施例，所述无线定位机制包括通过GPS、GPRS、 GSM、CDMA、WIFI、Zigbee、Bluetooth或RFID定位。
根据本发明的示例性实施例，所述图像传感器的曝光模式是卷帘快门模式，且卷帘快门的采样频率高于所述图像传感器的帧速率。
根据本发明的示例性实施例，所述图像传感器是带有卷帘快门的图像传感器，且所述图像传感器用于获取所述一个或多个图像，其中所述图像传感器的不同部分在不同时间点曝光。
根据本发明的示例性实施例，所述可见光信号是由所述光源基于调制驱动信号而发射的，所述调制驱动信号驱动所述光源发射所述可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。
根据本发明的示例性实施例，所述光源是一个或多个光源，并且：所述图像传感器用于在一个或多个时间点从一个或多个光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，其中每个图像中的一个或多个曝光区域对应于所述一个或多个光源；所述存储器用于在一个或多个时间点储存由所述图像传感器获取的所述一个或多个图像；以及所述处理器用于每个图像中的所述一个或多个曝光区域中的明条纹或暗条纹的变化的个数，并获取对应于每个图像中的所述一个或多个曝光区域的所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
综上，本发明的实施例提供了一种有效且高效的用于定位、传输和获取标识信息的方案，其更快速且更准确地实现室内定位、传输和获取标识信息，并且所传输和所获取的标识信息可包含更多数据位。本发明还具有如下优点：保密性高、不占用无线信道资源、成本低且容易与各种光管集成。此外，本发明有效地避免了可被人眼感受到的不希望的光源闪烁。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。附图中的部件并不必然是相对于彼此成比例的。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的利用可见光信号传输光源的标识信息的方法100的流程图；
图2a-2c是根据本发明的示例性实施例的用于驱动光源的驱动信号的示意图；
图3a、3c和3e是根据本发明的实施例的用于驱动光源的驱动信号的示意图；
图3b、3d和3f分别是从图3a、3c和3e的驱动信号所获取的图像的示意图；
图3g示出根据本发明的实施例的由第一调制驱动信号驱动的光源发射的在不同时间点具有变化的频率的可见光信号；
图4a是根据本发明的示例性实施方式的等于未调制驱动电流的光源的调制驱动电流的示意图；
图4b是根据本发明的示例性实施方式的大于未调制驱动电流的调制驱动电流的示意图；
图4c是根据本发明示例性实施例的无高频载波信号的大于未调制驱动电流的调制驱动电流；
图4d是根据本发明示例性实施例的带有高频载波信号的大于未调制驱动电流的调制驱动电流；
图5a是根据本发明的示例性实施例的包括一个起始位的对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息的示意图；
图5b是根据本发明的示例性实施例的包括一个起始位和一个纠错位的对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息的示意图；
图6是根据本发明的示例性实施例的响应于人的出现而发射可见光信号的用于传输标识信息的光源的示意图；
图7是根据本发明示例性的实施例的说明用于从可见光信号获取光源的标识信息的方法200的流程图；
图8是根据本发明示例性的实施例的说明利用可见光信号定位的方法300 的流程图；
图9是根据本发明的示例性实施例的对应于一个或多个光源的包含一个或多个曝光区域的图像的示意图；
图10是根据本发明的示例性实施例的用于通过可见光信号传输标识信息的光源400和装置500的示意图；
图11是移动设备访问室内地图的方法流程图；
图12是集成有定位软件的移动设备的示意图；
图13是地图数据库和光源标识信息之间的关系的示意图；
图14是带有包括接收器和发射单元的移动修改设备的光源的示意图
图15是可更新储存在光源中的信息的移动修改设备的示意图；
图16是移动修改设备更新光源的标识信息的示意图；
图17是更新光源的标识信息的流程图；
图18是搜索光源标识信息的流程图；
图19a显示了水平放置的用于拍摄图像的图像传感器；
图19b显示了图像传感器水平放置时所拍摄的图像；
图20a显示了从水平面倾斜的用于拍摄图像的图像传感器；
图20b显示了图像传感器从水平面倾斜时由图像传感器所拍摄的图像；
图21显示了如何计算图像中点的示意图；
图22a显示了陀螺仪示意图；
图22b为移动设备加速度计坐标系的示意图；
图23显示了如何计算所拍摄图像中点的示意图；
图24为储存在所述数据库中数据格式的示意图；
图25是与光源标识信息有关的信息示意图；
图26是记录路线的示意图；
图27是两个光源所拍摄图像的示意图；
图28是被校准的所拍摄的两个光源的图像的示意图；
图29是根据本发明的示例性实施例的包括AC/DC转换器，微控制器以及存储器的光源的示意图；
图30a为根据本发明示例性实施例在拍摄图像之前调整图像传感器曝光时间的方法流程图；
图30b和30c为根据本发明示例性实施例的图像传感器的采样持续时间和由光源发射的可见光信号的高电平或低电平的持续时间的示意图；
图30d为根据本发明示例性实施例的从具有如图30c 所示的高电平的持续时间的可见光信号所获取的图像的示意图；
图31a和31b是根据本发明的示例性实施例检测图像中的曝光区域的示意图；
图32a-32c是根据本发明的示例性实施例检测图像中的曝光区域的策略的示意图；
图33为根据本发明的示例性实施例在拍摄图像前调节图像传感器的曝光时间的方法流程图；
图34a是根据本发明的示例性实施例的由图像传感器拍摄的图像示意图；
图34b是根据本发明的示例性实施例的从图像的中心向外沿螺旋路径搜索图像中的曝光区域的图像示意图；
图34c是根据本发明的示例性实施例的确定图像中矩形曝光区域的示意图；
图34d是根据本发明的示例性实施例的确定图像中矩形曝光区域的坐标的示意图；
图34e是根据本发明的示例性实施例的图像中优化的曝光区域的示意图；
图34f是根据本发明的示例性实施例的测量曝光区域中明条纹或暗条纹的个数的示意图；
图34g是根据本发明的另一示例性实施例的测量曝光区域中明条纹或暗条纹的个数的示意图；
图35是根据本发明的示例性实施例的包括多个图像传感器的装置的示意图；
图36a是根据本发明的示例性实施例的全屏显示的具有实时图像和从其获取的标识信息的接口的示意图；
图36b是根据本发明的示例性实施例的显示从图像中获取的标识信息的接口的示意图；
图37是根据本发明的示例性实施例的用于从可见光信号获取标识信息的装置的示意图，该装置包括由发射器发送的激活信号所激活的图像传感器；
图38是根据本发明的示例性实施例的用发射器中安装的基于硬件的开关，来激活用于从可见光信号获取标识信息的装置中的图像传感器的示意图；
图39是根据本发明的示例性实施例的集成于发射器之中的传感器的示意图；
图40是根据本发明的示例性实施例的用发射器传输多种类型的标识信息的示意图；
图41是根据本发明的示例性实施例的包括光源、处理器、电池和充电电路的发射器的示意图；
图42是根据本发明的示例性实施例的包括光源、处理器、电池、充电电路和传感器的发射器的示意图；
图43是根据本发明的示例性实施例的包括光源、处理器、电池、充电电路、传感器和存储器的发射器的示意图；
图44是根据本发明的示例性实施例的用于获取标识信息的装置的示意图；
图45是根据本发明的示例性实施例的集成在戒指中的传感器的示意图；
图46是根据本发明的示例性实施例的集成于电池供电的可佩戴电子设备之中的发射器的示意图；
图47是根据本发明的示例性实施例的包括两个或多个电压和微处理器的发射器的示意图；
图48是根据本发明的示例性实施例的包括两个或多个电压、微处理器和驱动器的发射器的示意图；
图49是根据本发明的示例性实施例的包括微处理器和电池充电电路的发射器的示意图；
图50是根据本发明的示例性实施例的包括微处理器、电池充电电路和存储器的发射器的示意图；
图51是根据本发明的示例性实施例的包括微处理器、电池充电电路、存储器和传感器的发射器的示意图；
图52是根据本发明的示例性实施例的包括微处理器、电池充电电路、存储器、传感器和网络适配器的发射器的示意图；
图53是根据本发明的示例性实施例的包括微处理器、电池充电电路、存储器、传感器和网络适配器的发射器的示意图；
图54是根据本发明的示例性实施例的发射器发送可见光信号的方法的流程图；
图55是根据本发明的示例性实施例的图像传感器接收可见光信号的方法的流程图；
图56是根据本发明的示例性实施例的基于可见光信号的定位系统的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的第一方面，提供了一种利用可见光信号传输光源的标识信息的方法。图1是根据本发明的示例性实施例的利用可见光信号传输光源的标识信息的方法100的流程图。
如图1所示，方法100始于步骤110，基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动信号，以获取用于驱动所述光源发射可见光信号的调制驱动信号，所述调制驱动的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，以驱动所述光源发射电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化的可见光信号。
根据本发明的示例性实施例，光源可以是发射可见光信号的任何光源，例如，LED、荧光灯或白炽灯。
根据本发明的示例性实施例，由可见光信号传输的标识信息可以是任何类型的标识信息，例如，数据，如文本、图像、音频、视频数据，光源的标识符，或其他标识信息。
根据本发明的示例性实施例，光源的驱动信号可以是方波、正弦波、三角形波、高频载波或其他波的形式，上述波包含直流分量。
根据本发明的示例性实施例，可以用脉冲宽度调制(PWM)方法调制光源的驱动信号。通常，脉冲的持续时间是固定的，可调制信号的占空比，其中一个脉冲周期的占空比为正脉冲的持续时间(正部分的持续时间)与总持续时间的比值。
根据本发明的示例性实施例，步骤110可包括：基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动电压或驱动电流，以获取第一调制驱动电压或第一调制驱动电流。第一调制驱动电压或第一调制驱动电流可用于驱动光源发射可见光信号的调制驱动信号，可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。
图2a-2c是根据本发明的示例性实施例的用于驱动光源的驱动信号的示意图。在图2a中，光源的驱动信号，可选地驱动电流，是频率为f2a的正弦波。在图2b中，光源的驱动信号，可选地驱动电流，是频率为f2b的正弦波，且f2a>f2b。
根据本发明的示例性实施例，基于待传输的标识信息，可调制光源的驱动信号，可选地驱动电流，以获取第一调制驱动电流，如图2c所示，在时间间隔ΔT1内的时间点，其频率为f2b；在时间间隔ΔT2内的时间点，其频率为f2a；在时间间隔ΔT3内的时间点，其频率为f2b；在时间间隔ΔT4内的时间点，其频率为f2a；在时间间隔ΔT5内的时间点，其频率为f2b。第一调制驱动电流可用于驱动光源发射可见光信号，该可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，，例如，在ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4和ΔT5内的不同时间点以变化的频率f2a和f2b在高电平和低电平之间变化。可选地，还可基于待传输的标识信息调制光源的驱动电压。可选地，光源的驱动电流或驱动电压可具有其他波形。可选地，可调制光源的驱动电流或驱动电压，以在不同时间点以三种或更多种变化的频率发射可见光信号。
如图1所示，上面描述的步骤110之后，执行方法100的步骤120，即，基于所述调制驱动信号，发射可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，以传输标识信息，所述标识信息对应于在一个或多个时间点从所述可见光信号所获取的一个或多个图像中显示的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述变化的个数对应于所述变化的频率。
可选地，暗条纹对应于可见光信号的低电平，明条纹对应于可见光信号的高电平。明条纹和暗条纹的变化的个数对应于所传输的不同标识信息。
图3a、3c和3e是根据本发明的实施例的用于驱动光源的驱动信号的示意图，图3b、3d和3f分别是所获取的图像。
在图3a中，光源的驱动信号，可选地，驱动电流，是频率为f3a的方波，且拍摄图像的起始时间为当发射可见光信号的其中一个高电平时的时间点。可选地，从如图3a所示的驱动信号，可获取如图3b中所示的具有10个暗条纹和 11个明条纹的图像，其中明条纹或暗条纹的个数对应于频率f3a。可选地，在拍摄图像的起始时间为当发射可见光信号的其中一个低电平时的时间点的情况下，可获取具有11个暗条纹和10个明条纹的图像(未示出)。
在图3c中，光源的驱动信号，可选地，驱动电流，是频率为f3c的方波， f3a>f3c，且拍摄图像的起始时间为当发射可见光信号的其中一个高电平时的时间点。可选地，从如图3c所示的驱动信号，可获取如图3d中所示的具有5个暗条纹和6个明条纹的图像，其中明条纹或暗条纹的个数对应于频率f3c。可选地，在拍摄图像的起始时间为当发射可见光信号的其中一个低电平时的时间点的情况下，可获取具有6个暗条纹和5个明条纹的图像(未示出)。
在图3e中，光源的驱动信号，可选地，驱动电流，是频率为f3e的方波， f3c>f3e，且拍摄图像的起始时间为当发射可见光信号的其中一个高电平时的时间点。可选地，从如图3e所示的驱动信号，可获取如图3f中所示的具有3个暗条纹和4个明条纹的图像，其中明条纹或暗条纹的个数对应于频率f3e。可选地，在拍摄图像的起始时间为当发射可见光信号的其中一个低电平时的时间点的情况下，可获取具有4个暗条纹和3个明条纹的图像(未示出)。
图3g示出由第一调制驱动信号驱动的光源发射的在不同时间点具有变化的频率的可见光信号。第一调制驱动信号可用于驱动光源发射可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，例如，在时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3内的不同时间点以变化的频率f3a、 f3c和f3e在高电平和低电平之间变化。可选地，在具有不同频率的每个时间间隔内，传输代码，例如，在ΔT1内传输代码“1”，在ΔT2内传输代码“2”，在ΔT3内传输代码“3”。
基于如图3g所示的第一调制驱动电流发出可见光信号后，在ΔT1内的不同时间点可获取对应于f3a的具有10个暗条纹和11个明条纹的图像，如图3b所示；在ΔT2内的不同时间点可获取对应于f3c的具有5个暗条纹和6 个明条纹的图像，如图3d所示；在ΔT3内的不同时间点可获取对应于f3e的具有3个暗条纹和4个明条纹的图像，如图3f所示。对应于从图3g中的可见光信号所获取的图3b、3d、3f中图像中显示的明条纹和暗条纹的变化的个数的标识信息被传输，并且明条纹和暗条纹的变化的个数对应于频率 f3a、f3c和f3e。
可选地，也可以基于待传输的标识信息，调制光源的驱动电压。可选地，光源的驱动电流或驱动电压可具有其他波形。可选地，可调制光源的驱动电流或驱动电压，以在不同时间点以四种或更多种变化的频率发射可见光信号。
根据本发明的示例性实施例，第一调制驱动电流大于未调制驱动电流，使得由所述第一调制驱动电流驱动的光源的光通量等于由所述未调制电流驱动的光源的光通量。
光通量是单位时间内光源发射的光的功率的量，且与驱动电流波之下的面积成正比，人眼对光通量的变化敏感。可用大于未调制驱动电流的第一调制驱动电流来驱动光源，使得光源的光通量在整个标识信息传输期间是恒定的，以避免闪烁。
图4a是根据本发明的示例性实施方式的等于未调制驱动电流的光源的调制驱动电流的示意图。可假设由未调制驱动电流驱动的光源的光通量为 100％。假设调制驱动电流的高电平和低电平的宽度分别是0.1ms，且调制驱动电流等于未调制驱动电流，则由图4a中所示的调制驱动电流所驱动的光源的光通量可计算为(0.1*0+0.1*1)*100％/(0.1+0.1)＝50％。由调制驱动电流所驱动的光源的光通量50％低于由未调制驱动电流所驱动的光源的光通量 (100％)，导致可被人眼感受到的不希望的光源闪烁。
图4b是根据本发明的示例性实施方式的大于未调制驱动电流的调制驱动电流的示意图。仍假设调制驱动电流的高电平和低电平的宽度分别是 0.1ms，且调制驱动电流是未调制驱动电流的两倍，则由图4b中所示的调制驱动电流所驱动的光源的光通量可计算为 (0.1*0+0.1*2)*100％/(0.1+0.1)＝100％。由调制驱动电流所驱动的光源的光通量100％等于由未调制驱动电流所驱动的光源的光通量，避免了可被人眼感受到的不希望的光源闪烁。应理解，在本发明的示例性实施例中所提供的数值为用于说明目的的理论值，而不是实际数值。实际数值可因不同设备参数而变化。
可选地，对于驱动光源发射在不同时间点具有变化的频率的可见光信号的第一调制驱动信号，例如图3g中所示的驱动光源发射在时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3内的不同时间点具有变化的频率f3a、f3c和f3e的可见光信号的第一调制驱动信号，可以以图4a和4b中所示的类似方式调制驱动信号，使得在时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3内由第一调制驱动电流所驱动的光源的光通量等于由未调制驱动电流所驱动的光源的光通量。
根据本发明的示例性实施例，可选地，方法100还包括步骤：基于带有高频载波信号的第二调制驱动电流，发射所述可见光信号，所述第二调制驱动电流大于未调制信号，使得由所述第二调制驱动电流驱的光源在包括高电平和低电平的各周期内的光通量是恒定的。
图4c是根据本发明示例性实施例的无高频载波信号的大于未调制驱动电流的调制驱动电流。如图4c所示，在时间间隔ΔT1和ΔT2内的不同时间点，高电平和低电平可具有不同的持续时间，以传输不同的代码，导致由调制驱动电流所驱动的电源的光通量不同，造成光源闪烁。例如，如图4c所示，在代表代码“1”的时间间隔ΔT1内，驱动电流被调制成高电平总持续时间为光通量为50％；在代表代码“2”的另一时间间隔ΔT2内，驱动电流被调制成高电平总持续时间为光通量为66.7％。因此，代表代码“1”的ΔT1内的光通量小于代表代码“2”的ΔT2内的光通量，导致光源闪烁。
为了避免在传输不同代码时光源的闪烁，大于未调制驱动电流的驱动电流进一步用高频载波信号调制。通过用高频载波信号调制，在不同时间间隔，用于传输不同代码的驱动电流的高电平的持续时间与低电平的持续时间是相同的，则在包括高电平和低电平的各周期内的光通量是恒定的，因而避免了光源闪烁。例如，如图4d所示，在代表代码“1”的时间间隔ΔT1内，驱动电流被进一步用高频载波信号调制成高电平总持续时间为 T1*66.7％,光通量为33.3％；在代表代码“2”的时间间隔ΔT2内，驱动电流被进一步用高频载波信号调制成高电平总持续时间为 50％,光通量为33.3％。因此，代表代码“1”的ΔT1内的光通量等于代表代码“2”的ΔT2内的光通量，避免了可被人眼检测到的不期望的光源闪烁。
为了说明的目的，图4c和图4d中的可见光信号在不同时间间隔ΔT1 和ΔT2内具有相同的频率。本领域技术人员应理解，可以以如图4c和4d 中所示的类似方式来调制调制驱动信号，以发射在不同时间点具有变化的频率的可见光信号，使得由调制驱动电流所驱动的光源的光通量等于由未调制驱动电流所驱动的光源的光通量。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
从图3g中所示的第一调制驱动电流，可在时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3 内的不同时间点获取如图3b、3d和3f中所示的图像。可传输对应于图3b、 3d和3f中的图像的明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。所传输的标识信息可包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，例如在时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3内的不同时间点的f3a、f3c和f3e。每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。例如，如图3b中所示的10个暗条纹和11个明条纹可代表代码“1”，如图3d中所示的5个暗条纹和6个明条纹可代表代码“2”，如图3f中所示的3个暗条纹和4个明条纹可代表代码“3”。当然，第一调制驱动电流可包括具有不同频率或不同持续时间的信号的其他组合。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
图5a是根据本发明的示例性实施例的对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息，其包括一个起始位。如图5a所示，在数据位的开始位置加入一个起始位。可选地，也可以包括多个起始位。
图5b是根据本发明的示例性实施例的对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息，其包括一个起始位和一个纠错位。如图5b所示，除了起始位，也可以在数据位的末端加入纠错位。可选地，可以包括多个纠错位。可选地，可以将一个或多个纠错位加入到数据位，而不加入起始位。
根据本发明的示例性实施例，所述第一调制驱动电压或第一调制驱动电流用于驱动所述光源发射频率为100Hz至1.37MHz的可见光信号，且所述可见光信号的每个低电平的持续时间是固定的，或所述可见光信号的每个高电平的持续时间是固定的。
可选地，可通过包括图像传感器的图像拍摄装置来获取图像，图像传感器的曝光模式是卷帘快门。图像传感器的曝光时间定义为基于卷帘快门的图像传感器的每一行(或每一列)的像素的曝光时间。
当图像传感器的帧速率是30Hz且分辨率是640*480(纵向行数*横向行数)，拍摄一个图像所需的时间为1s/帧速率＝1s/30Hz＝0.033s＝33ms，且拍摄每一行所需的时间为1s/(帧速率*纵向行数)＝33ms/480＝69us≈70us。为了获取包含明条纹或暗条纹的清晰的图像，其中每个条纹对应于每一行，每一行的曝光时间小于70us，光源发射的可见光信号的交替的高电平和低电平的持续时间应等于或大于70us，因此可见光信号的频率小于或等于1s/(明条纹所需持续时间+暗条纹所需持续时间)＝1s/(1s/(帧速率*横向行数)+1s/(帧速率*横向行数))＝1s/(70us+70us)＝7.14kHz。
当图像传感器的帧速率是30Hz且分辨率是30亿，且纵向行数：横向行数＝1:1，可见光信号的频率小于或等于1s/(明条纹所需持续时间+暗条纹所需持续时间)＝1s/(1s/(帧速率*横向行数)+1s/(帧速率*横向行数))＝ 0.5*30Hz*(3000000000)0.5＝1.37MHz。因为可被人眼检测到的光闪烁频率小于100Hz，所以可见光信号的频率为100Hz至1.37MHz。
再参考图3g，第一调制驱动信号在时间间隔ΔT1内的不同时间点的频率为f3a，在时间间隔ΔT2内的不同时间点的频率为f3c，在时间间隔ΔT3内的不同时间点的频率为f3e。不同的时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3具有相同的持续时间，且高电平或低电平的个数是不同的。例如，在ΔT1内有三个高电平或低电平，在ΔT2内有两个高电平或低电平，在ΔT3内有一个高电平或低电平。如图3g所示，可见光信号的每个低电平的持续时间是固定的。因此，在基于如图3g所示的第一调制驱动电流发射可见光信号后，在ΔT1、ΔT2和ΔT3内的不同时间点可获取图3b、3d和3f所示的图像，且图3b、3d和3f 所示的图像的暗条纹的宽度相同。可选地，可见光信号的每个高电平的持续时间是固定的，且图像中的明条纹的宽度相同。
根据本发明的示例性实施例，可选地，方法100还包括在所述光源的照明范围内，检测人的出现；以及在无人出现时，基于未调制驱动信号，发射可见光信号。
如图6所示，用于传输标识信息的光源响应于人的出现而发射可见光信号。如图6所示，当无人出现在光源的照明范围内，如图6中的位置“a”，基于未调制驱动信号发射可见光信号且不传输标识信息。当有人出现在光源的照明范围内，如图6中的位置“b”，检测人的出现，基于待传输的标识信息调制光源的驱动信号，基于调制驱动信号发射可见光信号，且传输对应于从可见光信号所获取的的一个或多个图像中所显示的明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。当人离开在光源的照明范围时，如图6中的位置“c”，基于未调制驱动信号发射可见光信号且不传输标识信息。
本领域技术人员应理解，调制驱动信号的高电平和低电平的频率、波形或宽度并不限于上述示例性的数值，而可以根据需要设置成任何数值。类似地，高频载波信号的高电平和低电平的频率、波形或宽度并不限于上述示例性的数值，而可以根据需要设置成任何数值。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于从可见光信号获取光源的标识信息的方法。图7是根据本发明示例性的实施例的说明用于从可见光信号获取光源的标识信息的方法200的流程图。
如图7所示，方法200始于步骤210，在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。如图7所示，步骤210之后，执行方法200的步骤220，其中测量所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率。步骤220之后，执行方法200的步骤230，其中获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。
根据本发明的第三方面，提供了一种利用可见光信号定位的方法300。图 8是根据本发明示例性的实施例的说明利用可见光信号定位的方法300的流程图。
本发明的第三方面的示例性实施例也可应用于本发明的第二方面，因此为了简要的目的，以下仅详细描述了第三方面的示例性实施例，第二方面的相同实施例在此不再赘述。
如图8所示，方法300始于步骤310，在一位置处在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。
根据本发明的示例性实施例，如在前面关于方法100的内容中所详细描述的，可见光信号可以是由基于调制驱动信号的光源所发射的，调制驱动信号驱动所述光源发射可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。
根据本发明的示例性实施例，可以用PWM方法调制光源的驱动信号。可选地，调制驱动信号可以是调制驱动电流或调制驱动电压。
可选地，如在前面关于方法100的内容中所详细描述的，如图4a和4b，调制驱动电流可大于未调制驱动电流，使得由调制驱动电流驱动的光源的光通量等于由所述未调制电流驱动的光源的光通量。
可选地，如在前面关于方法100的内容中所详细描述的，如图4c和4d，可基于调制驱动电流连同高频载波信号发射可见光信号，调制驱动电流大于未调制信号，使得由该调制驱动电流驱动的光源在包括高电平和低电平的各周期内的光通量是恒定的。
上述示例性实施例已在前面关于方法100的内容中详细描述，为了简要的目的在此不再赘述。
根据本发明的示例性实施例，从可见光信号所获取的图像可以是包含如图3b、3d、3f中所示的明条纹或暗条纹的图像，其中明条纹或暗条纹的变化的个数对应于可见光信号的变化的频率。
根据本发明的示例性实施例，步骤310可包括：由包括图像传感器的图像拍摄装置在一位置处在一个或多个时间点获取一个或多个图像，所述图像传感器的曝光模式是卷帘快门模式，且卷帘快门的采样频率高于所述图像传感器的帧速率。图像传感器用于拍摄从光源发射的可见光信号所获取的一个或多个图像。图像拍摄装置可以是智能手机、笔记本电脑或带有照相机的其他电子设备。可选地，图像拍摄装置可以是集成在其他设备或物体，例如珠宝、钥匙、卡片、笔等中的嵌入系统。图像传感器可以是光敏元件。
对于曝光模式为卷帘快门的图像传感器，图像传感器的不同部分，每一行或每一列，可在不同时间曝光。当在不同时间点拍摄由图3g所示的调制驱动信号所驱动的快速变化的光源的一个或多个图像时，图像传感器可获取如图3b、3d和3f中所示的包括明条纹或暗条纹的一个或多个图像。可选地，卷帘快门的采样频率高于图像传感器的帧速率，以获取包含明条纹或暗条纹的清晰的图像，其中每一个条纹对应于每一行。例如，当图像传感器的帧速率是30Hz且分辨率是640*480，拍摄一个图像所需的时间为 1s/30Hz＝0.033s＝33ms，且拍摄每一行所需的时间为33ms/480＝69us。为了获取包含明条纹或暗条纹的清晰的图像，其中每个条纹对应于每一行，每一行的曝光时间小于69us且采样频率高于30Hz。
根据本发明的示例性实施例，步骤310包括：在一位置处在带有卷帘快门的图像传感器上拍摄所述一个或多个图像，其中所述图像传感器的不同部分在不同时间点曝光。可选地，图像传感器可以是互补金属氧化物半导体 (CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
如图8所示，在前述步骤310之后，执行方法300的步骤320，测量所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率。
根据本发明的示例性实施例，可通过，例如图像处理器或通用处理器，来测量从可见光信号获取的一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数。图像投影到图像传感器表面后，图像传感器将检测到的光信号转换为电信号。通过图像传感器或处理器的模拟数字转换器(ADC)将电信号转换为数字信号。处理器用于进一步处理数字信号，并生成数字图像，其可以在显示器上显示。可选地，处理器的数字信号处理(DSP)可以用于处理数字信号并生成数字图像。
如图8所示，在上述步骤320后，执行方法300的步骤330，获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息，其中标识信息对应于所获取的明条纹或暗条纹的变化的个数。
根据本发明的示例性实施例，由光源的标识信息可以是任何类型的标识信息，例如，光源的标识符，或其他标识信息。
根据本发明的示例性实施例，一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数对应于可见光信号在不同时间点的变化的频率。根据本发明的示例性实施例，可解码对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的光源的标识信息。通过这种方式，可恢复可见光信号承载的初始标识信息。
如图3b、3d和3f所示，由图像传感器所拍摄的图像可在不同时间点从发射可见光信号的光源而生成，该光源由如图3g所示的调制驱动信号所驱动。当解码对应于明条纹或暗条纹的标识信息时，所拍摄的图像的分析是基于明条纹或暗条纹的变化的个数的测量值。例如，图3b所示的图像具有10 个暗条纹和11个明条纹的图像，其解码的波形对应于图3a所示的波形或图 3g中在ΔT1所示的波形；图3d所示的图像具有5个暗条纹和6个明条纹的图像，其解码的波形对应于图3c所示的波形或图3g中在ΔT2所示的波形；图3e所示的图像具有3个暗条纹和4个明条纹的图像，其解码的波形对应于图3e所示的波形或图3g中在ΔT3所示的波形。
应理解，虽然在解码期间使用了可见光信号在不同时间点的变化的频率，但可以通过比较对应于明条纹或暗条纹的个数的相对频率，而不是可见光信号的绝对频率，来解码所传输的光源的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，所述光源是一个或多个光源，并且在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号可获取一个或多个图像。每个所获取的图像具有一个或多个曝光区域，对应于一个光源的每个曝光区域可包含明条纹和暗条纹。
图9是根据本发明的示例性实施例的对应于一个或多个光源的包含一个或多个曝光区域的图像的示意图。在图9中，所获取的图像具有三个曝光区域，每个曝光区域包含明条纹或暗条纹，如图3b、3d或3f所示，其对应于由图3a、3c或3e所示的调制驱动信号所驱动的一个光源。
步骤310可包括：在一个或多个时间点从一个或多个光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，其中每个图像中的一个或多个曝光区域对应于所述一个或多个光源。可通过与如前所述的从一个光源获取图像的方式类似的方式，从一个或多个光源所获取的具有一个或多个曝光区域的图像，如图9所示的图像，为了简要的目的，在此不再赘述。进一步地，步骤320 可包括：测量每个图像中的所述一个或多个曝光区域的明条纹或暗条纹的变化的个数。可以通过如前所述的类似方式，测量对应于每个光源的每个曝光区域的明条纹和暗条纹的变化的个数。例如可以通过如图3b、3d和3f中所示的类似方式，分别测量图9中所示的对应于每个光源的每个曝光区域的明条纹和暗条纹的变化的个数，为了简要目的，在此不再赘述。更进一步地，步骤330可包括：获取对应于每个图像中的所述一个或多个曝光区域的所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。可以通过如前所述的来自一个光源的类似的方式，来分别获取对应于每个曝光区域的明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。例如，可以通过如图3b、3d和3f中所示的类似方式，分别获取图9中所示的对应于每个光源的每个曝光区域的明条纹和暗条纹的变化的个数的标识信息，为了简要目的，在此不再赘述。
当入射光与图像传感器的平面不垂直时，投影在图像传感器上的光斑形状可能变形，例如从圆形变为椭圆形。这种情况下，可使用加速度计、重力传感器、角度传感器、陀螺仪或磁力传感器来测量倾斜角度，其可用于获取对应于图像中一个或多个曝光区域的明条纹和暗条纹的变化的个数的一个或多个光源的标识信息。
如图8所示，上述步骤330之后，执行方法300的步骤340，其中通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置。根据本发明的示例性实施例，预先定义的地图数据库包含每个光源的标识信息和相对应的位置信息。通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息，可确定所述光源的位置。
根据本发明的示例性实施例，可选地，在步骤330之前，方法300还可包括通过一种或多种无线定位机制的方式，确定所述位置的区域。确定所述位置的区域后，通过用所述区域的数据在预先定义的地图数据库中查找所述标识信息，可确定所述位置。
根据本发明的示例性实施例，光源的标识信息对于所述光源所在的区域来说是唯一的。
根据本发明的示例性实施例，所述无线定位机制包括通过GPS、GPRS、 GSM、CDMA、WIFI、Zigbee、Bluetooth或RFID定位。
利用通过一种或多种无线定位机制的方式来确定所述位置的区域的方式，可确定光源所在的区域，提供了光源的粗略位置。然后，通过用所述区域的数据在预先定义的地图数据库中查找所述标识信息来确定所述光源的位置，提供了光源的精确位置。通过这种方式，每个区域可具有独立的地图数据库。在一个区域中的光源的标识信息可以与不同区域中的光源的标识信息不同。
可选地，在一个区域中的光源的标识信息可以与不同区域中的光源的标识信息相同，且在这种情况下，可首先确定光源所在的区域，然后基于在该区域中唯一的光源标识信息来确定在该区域内的光源的位置。这种实施例允许更容易的编码和长度更短的标识信息，以及更快地传输标识信息。
根据本发明的示例性实施例，对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
从图3g中所示的调制驱动电流，可在时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3内的不同时间点获取如图3b、3d和3f中所示的图像。可传输对应于图3b、3d 和3f中的图像的明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。所传输的光源的标识信息可包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，例如在时间间隔ΔT1、ΔT2和ΔT3内的不同时间点的f3a、f3c和f3e。每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。例如，如图 3b中所示的10个暗条纹和11个明条纹可代表代码“1”，如图3d中所示的5 个暗条纹和6个明条纹可代表代码“2”，如图3f中所示的3个暗条纹和4个明条纹可代表代码“3”。当然，调制驱动电流可包括具有不同频率或不同持续时间的信号的其他组合。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
再次参考图5a，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息可包括一个起始位。可选地，在数据位的开始位置加入一个起始位。可选地，也可以包括多个起始位。
再次参考图5b，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息可包括一个起始位和一个纠错位。可选地，除了起始位，也可以在数据位的末端加入纠错位。可选地，可以包括多个纠错位。可选地，可以将一个或多个纠错位加入到数据位，而不加入起始位。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于通过可见光信号传输标识信息的光源400。如图10所示，光源400可以是灯，例如LED灯、LED背光灯、LED平面灯等。但是，光源400并不限于上述实施例，而可以是能够传输可见光信号的任何光源。
如图10所示，光源400可包括调制器410和发射器420。调制器410 可以是由恒定电流、恒定电压、恒定电功率、恒定光功率的电信号，或由 PWM方法调制的电信号所驱动的调制器。发射器420可以是可发生可见光信号的LED，可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。对于单向LED驱动，发射器420可以是连接成一串的一个或多个LED。可选地，发射器420可以是连接成多串的一个或多个LED，其中每一串包括1至12个LED。根据本发明的示例性实施例，发射器420 包括多个LED。但是，调制器410或发射器420不限于上述实施例，而可以是任何调制器或发射器。
调制器410可用于基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动信号，以获取用于驱动所述光源发射可见光信号的调制驱动信号，所述调制驱动信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，以驱动所述光源发射电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化的可见光信号。
发射器420可用于基于所述调制驱动信号，发射可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，以传输标识信息，所述标识信息对应于在一个或多个时间点从所述可见光信号所获取的一个或多个图像中显示的明条纹或暗条纹的变化的个数，所述变化的个数对应于所述变化的频率。
根据本发明的示例性实施例，调制器410可用于基于待传输的标识信息，调制所述光源的驱动电压或驱动电流，以获取第一调制驱动电压或第一调制驱动电流。
根据本发明的示例性实施例，第一调制驱动电流大于未调制驱动电流，使得由所述第一调制驱动电流驱动的光源的光通量等于由所述未调制电流驱动的光源的光通量。
根据本发明的示例性实施例，发射器420可用于基于带有高频载波信号的第二调制驱动电流，发射所述可见光信号，所述第二调制驱动电流大于未调制信号，使得由所述第二调制驱动电流驱动的光源在包括高电平和低电平的各周期内的光通量是恒定的。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
根据本发明的示例性实施例，第一调制驱动电压或第一调制驱动电流用于驱动所述光源发射频率为100Hz至1.37MHz的可见光信号，且所述可见光信号的每个低电平的持续时间是固定的，或所述可见光信号的每个高电平的持续时间是固定的。
根据本发明的示例性实施例，光源400还可包括检测器，用于在所述光源的照明范围内，检测人的出现；并且所述发射器在无人出现时，基于未调制驱动信号，发射可见光信号。
根据本发明，前面关于方法100的详细描述也可适用于光源400的实施例，为了简要的目的，在此不再赘述。具体地，方法100中的步骤110可由调制器 410执行，方法100中的步骤120可由发射器420执行。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于从可见光信号获取光源的标识信息的装置500。例如，该装置可以是包括照相机的移动设备，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑或其他电子设备。但是，装置500不限于这些实施例，而可以是具有光敏元件的任何电子设备。
如图10所示，用于从可见光信号获取光源的标识信息的装置500可包括图像传感器510、存储器520和处理器530。图像传感器510可以是，例如，照相机、光电二极管、光电二极管阵列。存储器520可以是易失性存储器、非易失性存储器等。处理器530可以是通用处理器、专用处理器等。
图像传感器510可用于在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。存储器520可用于在一个或多个时间点储存由所述图像传感器获取的所述一个或多个图像。处理器530可用于测量储存在所述存储器520中的所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数，以及获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率。
根据本发明的第六方面，提供了一种利用可见光信号定位的装置。例如，该装置可以是包括照相机的移动设备，例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑或其他电子设备。但是，该装置不限于这些实施例，而可以是具有光敏元件的任何电子设备。
本发明的第六方面的示例性实施例将再次参考图10在下面详细描述，并将使用与第五方面相同的标号。
如图10所示，利用可见光信号定位的装置500可包括图像传感器510、存储器520和处理器530。图像传感器510可以是，例如，照相机、光电二极管、光电二极管阵列。存储器520可以是易失性存储器、非易失性存储器等。处理器530可以是通用处理器、专用处理器等。
图像传感器510可用于在一位置处在一个或多个时间点从光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。存储器520可用于在一个或多个时间点储存由所述图像传感器获取的所述一个或多个图像。处理器530可用于测量存储在所述存储器520中的所述一个或多个图像中的明条纹或暗条纹的变化的个数；获取对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的光源的标识信息；以及通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置，所述明条纹或暗条纹的变化的个数对应于所述变化的频率。
根据本发明的示例性实施例，处理器530用于通过在预先定义的地图数据库中查找标识信息来确定所述位置之前，通过一种或多种无线定位机制的方式，确定所述位置的区域；以及处理器530用于通过用所述区域的数据在预先定义的地图数据库中查找所述标识信息来确定所述位置。
根据本发明的示例性实施例，无线定位机制包括通过GPS、GPRS、GSM、 CDMA、WIFI、Zigbee、Bluetooth或RFID定位。
根据本发明的示例性实施例，光源的标识信息对于所述光源所在的区域来说是唯一的。
利用通过一种或多种无线定位机制的方式来确定所述位置的区域的方式，可确定光源所在的区域，提供了光源的粗略位置。然后，通过用所述区域的数据在预先定义的地图数据库中查找所述标识信息来确定所述光源的位置，提供了光源的精确位置。通过这种方式，每个区域可具有独立的地图数据库。在一个区域中的光源的标识信息可以与不同区域中的光源的标识信息不同。
可选地，在一个区域中的光源的标识信息可以与不同区域中的光源的标识信息相同，且在这种情况下，可首先确定光源所在的区域，然后基于在该区域中唯一的光源标识信息来确定在该区域内的光源的位置。这种实施例允许更容易的编码和长度更短的标识信息，以及更快地传输标识信息。
根据本发明的示例性实施例，图像传感器的曝光模式是卷帘快门模式，且卷帘快门的采样频率高于所述图像传感器的帧速率。
根据本发明的示例性实施例，图像传感器510是带有卷帘快门的图像传感器，且所述图像传感器510用于获取所述一个或多个图像，其中所述图像传感器的不同部分在不同时间点曝光。可选地，图像传感器510可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
根据本发明的示例性实施例，可见光信号是由所述光源400基于调制驱动信号而发射的，所述调制驱动信号驱动所述光源400发射所述可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。
根据本发明的示例性实施例，所述光源400可以是一个或多个光源，并且所述图像传感器510可用于在一个或多个时间点从一个或多个光源发射的所述可见光信号获取一个或多个图像，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，其中每个图像中的一个或多个曝光区域对应于所述一个或多个光源；所述存储器520可用于在一个或多个时间点储存由所述图像传感器获取的所述一个或多个图像；以及所述处理器530 用于每个图像中的所述一个或多个曝光区域中的明条纹或暗条纹的变化的个数，并获取对应于每个图像中的所述一个或多个曝光区域的所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，对应于所述明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息包括数据位，所述数据位包括对应于所述变化的频率的数据，且每个数据位对应于明条纹或暗条纹的变化的个数中的其中一个个数。
根据本发明的示例性实施例，对应于明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息还包括一个或多个起始位和/或一个或多个纠错位，所述一个或多个起始位用于识别一组数据位的起始位置，所述一个或多个纠错位用于检查所述数据位中的错误。
根据本发明，前面关于方法300的详细描述也可适用于本发明的第六方面的装置500的实施例，为了简要的目的，在此不再赘述。具体地，方法 300中的步骤310可由图像传感器510和存储器520执行，方法300中的步骤330、340和350可由处理器530执行。
根据本发明的示例性实施例，利用可见光信号定位的装置可以是移动设备。图11显示了移动设备访问室内地图的方法流程图。所述移动设备启动用于室内定位的软件，初始化无线网络，通过一种或多种无线定位机制的方式，确定所述位置的区域。所述软件在所述移动设备的预先定义的地图数据库中查找当前位置的地图。如果没有，通过无线网络将当前位置的地图下载到移动设备中。如果有，所述移动设备查找当前位置的地图，并且通过在地图中查找标识信息确定所述位置。
根据本发明的示例性实施例，移动设备可集成有定位软件。图12显示了集成有定位软件的移动设备的示意图。可将标识信息和预先定义的地图数据库储存在移动设备的存储器中。因此，所述移动设备可将所接收的标识信息与地图数据库进行比较，以及在所述移动设备的显示器上显示所述位置的地图。如上所言，集成有定位软件的移动设备的工作流程如下：图像传感器拍摄光源的一个或多个图像；将所拍摄的图像发送至处理器以对标识信息进行解码；将所接收的标识信息与预先定义的地图数据库进行比较，以及将精确位置显示在移动设备的显示器上。
根据本发明的示例性实施例，预先定义的地图数据库包括光源的标识信息。图13是地图数据库和光源标识信息之间的关系图。包括标识信息的预先定义的地图数据库可储存在移动设备中。可选地，包括标识信息的预先定义的地图数据库可储存在远程服务器中。在恢复标识信息后，所述移动设备可通过网络访问远程服务器中预先定义的地图数据库。然后，所述移动设备将所接收的标识信息与地图数据库进行比较，以及将精确位置显示在移动设备的显示器上。
有两种常规的方法修改储存在所述光源中的标识信息：从光源拆除存储器芯片，通过编译器修改标识信息，该编译器可重写存储器芯片；以及保留用于修改光源标识信息的接口，将接口与编译器连接，所述编译器通过数据线可重写存储器芯片以修改存储器芯片。这两种方法都很复杂，因此导致高昂的维护成本。
根据本发明的示例性实施例，可通过无线通信由移动修改设备来修改光源标识信息。图14是带有包括接收器和发射单元的移动修改设备的光源的示意图。光源可接收移动设备发送的无线信号，并且更新储存在集成存储器中的标识信息。所述无线信号可是光信号、RF信号或其它类型的无线信号。选择所述可见光信号作为例子进一步说明本方法和相关设备。本发明提供一种修改储存在光源中集成存储器中的标识信息的简单并且低成本的方法。
根据本发明的示例性实施例，移动修改设备可更新储存在光源中的信息，如图15所示。光检测模块用于接收所述移动设备发送的可见光信号以更新光源中的标识信息；以及更新光源的集成存储器中的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，可通过移动修改设备更新光源的标识信息，如图16所示。光检测模块集成于光源之中。所述光检测模块用于接收所述移动修改设备发送的可见光信号，以更新光源中的标识信息。当所述光检测模块接收被确认为正确标识信息的信号时，处理器更新光源中集成存储器中的标识信息。
图17是更新光源的标识信息的流程图。移动修改设备接收光源发送的可见光信号；用微处理器解调可见光信号；将所解调的标识信息显示在显示器上。同时，所述微处理器在存储器中搜索光源的标识信息，将待更新的标识信息显示在显示器上，并且确定所解调的标识信息是否与所述标识信息一致。如果它们不一致，发射单元向光源发送调制器调制的可见光信号。所述光源接收可见光信号，所述微处理器解调标识信息，并且更新标识信息。
图18是搜索光源标识信息的流程图。在更新标识信息后，所述光源向移动修改设备发送更新后的标识信息。所述移动修改设备的接收器接收信息，所述微处理器解调光源的标识信息，以及在更新完成后显示确认信息。如果所接收的更新后标识信息与待更新标识信息相同，则过程结束。否则，所述移动修改设备向光源重新发送包括标识信息的可见光信号。
根据本发明的示例性实施例，图19a显示了水平放置的用于拍摄图像的图像传感器。所述图像传感器置于光源之下用于拍摄从多个光源的可见光信号获得的图像。图19b显示了图像传感器水平放置时所拍摄的图像。所拍摄图像包括对应于三个光源的三个曝光区域。可通过对应的三个光源的位置计算移动设备的当前位置。A点与B点之间的距离为：DAB＝((XA,- XB)2+(YA-YB)2)0.5。这一距离可预先储存在数据库中。可通过Y方向的实际距离D/DAB获得实际距离与图像中像素点距离之间的比值QY。A点与C点之间的距离为：DAc＝((XA,-Xc)2+(YA-Yc)2)0.5。这一距离可预先储存在数据库中。可通过X方向的实际距离D/DAC获得实际距离与图像中像素点距离之间的比值QX。可通过中点(Xmid,Ymid)和A、B、C中任何一个点来确定中点(Xmid,Ymid)的实际坐标。中点(X,Y)的实际坐标可计算为X＝XB(actualcoordinate)+(Xmid-XB)*QX,Y＝YB(actual coordinate)+(Ymid-YB)*QY。
根据本发明的示例性实施例，图20a显示了从水平面倾斜的用于拍摄图像的图像传感器。当图像传感器倾斜时，所述图像传感器的表面不垂直于入射光的方向，导致所拍摄图像的中点不同于图像传感器水平放置时所拍摄的图像的中点。可使用集成于移动设备中的角度传感器或能够检测角度的其它设备，以弥补因倾斜角度所导致的解码错误。可选地，光源发射的可见光信号和图像传感器接收的可见光信号的强度可反映每个光源和图像传感器之间的不同距离。因此，可通过光源发射的可见光信号和图像传感器接收的可见光信号的强度来计算移动设备的位置。图20b显示了图像传感器从水平面倾斜时，即图像传感器的表面不垂直于入射光的方向时，图像传感器所拍摄的图像。在这种情况下，需要通过计算该移动设备的倾斜角度校准所述移动设备的位置。
根据本发明的示例性实施例，图21显示了如何计算图像中点的示意图。可通过图像中的曝光区域计算图像中点。可通过移动设备中的陀螺仪获得移动设备表面和G方向之间的角度θ1。如图21所示，θ2＝90-θ1。移动设备与地面的距离h通常约为1.0～1.2米。因此，移动设备与天花板的距离为： H＝h-1.2米。从中点到实际位置点的距离为d＝H*Tanθ2，其中d为拍摄图像时从移动设备的物理位置到图像中点的距离。
根据本发明的示例性实施例，图22a显示了陀螺仪示意图。所述陀螺仪可用于测量X、Y、Z轴之间的角度关系，以及图像传感器表面与入射角之间的角度关系。所述移动设备的旋转角度为其中是当前角度，为以前角度，ω为陀螺仪所测量的角速度，dt为采样间隔。通过分别计算沿X、Y、Z轴的角速度可获得移动设备的旋转角度。图22b为移动设备加速度计坐标系的示意图。移动设备面朝上，X，Y轴处于水平平面，以及Z轴是沿重力方向并垂直于水平平面。
根据本发明的示例性实施例，图23显示了如何计算所拍摄图像中点的示意图。根据图像传感器的表面和入射光之间的角度在水平面的投影，以及与X轴的角度关系，可计算所述移动设备的实际位置。所述移动设备的旋转角度为如图21所示，从中点到所述移动设备拍摄图像时的实际位置点的距离为d。可从预先定义的地图数据库获得光源的位置信息。根据图像信息和光源A和B的位置信息，图像的中点为(Xmid,Ymid)。A点和 B点之间的距离为：DAB＝((XA,-XB)2+(YA-YB)2)0.5。这一距离可预先储存在数据库中。可通过Y方向的实际距离D/DAB获得实际距离与图像中像素点距离之间的比值QY。A点与C点之间的距离为：DAc＝((XA,- Xc)2+(YA-Yc)2)0.5。这一距离可预先储存在数据库中。可通过X方向的实际距离D/DAC获得实际距离与图像中像素点距离之间的比值QX。可通过中点 (Xmid,Ymid)和A、B、C中任何一个点来确定中点(Xmid,Ymid)的实际坐标。中点(X,Y)的实际坐标可计算为X＝XB(actual coordinate)+(Xmid-XB)*QX,Y＝YB(actualcoordinate)+(Ymid-YB)*QY。所述中点的实际坐标为
根据本发明的示例性实施例，图24为储存在所述数据库中数据格式的示意图。所述移动设备接收光源发送的可见光信号；集成在所述移动设备中的软件恢复标识信息，通过网络将所述标识信息发送至数据库；通过将标识信息与数据库进行比较，确定所述移动设备的位置；由数据库计算机通过无线机制，如GPRS、GSM、CDMA、WIFI、Zigbee、Bluetooth等，将所述标识信息传输至所述移动设备。所述移动设备的位置信息显示在所述移动设备显示器中的地图上。
根据本发明的示例性实施例，图25是与光源标识信息有关的信息示意图。光源的标识信息可对应于以下信息：地图数据库中的位置的坐标；其它相关信息，如广告信息、服务信息、提醒信息等。
磁力计和陀螺仪可用于测量移动方向。可仅通过可见光信号或与其它定位方法相结合，如GPRS、GSM、CDMA、WIFI、Zigbee、Bluetooth或RFID、加速计、角度传感器、陀螺仪、超声波等，来实现定位。在两个光源之间，可使用上述的多种方法以提高定位的一致性和连贯性。例如，加速计可用于测量人的步频；再根据步长来估计步行速度；角度传感器用于测量步行方向。用这种方法，当在两个光源之间移动时，仍然可粗略定位所述移动设备的位置。
根据本发明的示例性实施例，图26是记录路线的示意图。所述磁性传感器用于确定初始方向，陀螺仪用于测量步行方向，重力传感器用于确定人步行时的步伐。根据步行速度和一步的正常长度，可粗略确定步行方向和速度并且指示在地图上。
根据本发明的示例性实施例，图27是两个光源所拍摄图像的示意图。当所述移动设备置于所述光源之下时，通过拍摄所述光源发射的光信号图像可确定位置。可以将所述两个光源设置为使它们之间的距离小于0.5米，允许将两个光源拍摄在一个图像中。
根据本发明的示例性实施例，图28是被校准的所拍摄的两个光源的图像的示意图。这两个光源均以南北方向安装。标识信息的最后位指示方向。例如，“1”表示在对应灯具偏N方向；“0”表示在对应灯具偏S方向。所述移动设备中拍摄所述两个光源的图像，接收这两个光源的标识信息，用陀螺仪多次校准，以确保获得方向的精确性。”
根据本发明的示例性实施例，地图数据库可用于定位。所述移动设备接收光源发射的光信号；通过将标识信息与数据库比较，来确定所述移动设备的位置；所述移动设备的当前位置显示在所述移动设备的显示器上。这种定位系统可在大型购物中心或超级市场用于导航，以及用于商业数据统计，市场推广，线上线下联合经营，社交网络，人员跟踪，或者其它与位置相关的应用。
根据本发明的示例性实施例，光源400还可包括AC/DC转换器，微控制器以及存储器，如图29所示。AC/DC转换器用于将从供电电源所获取的光源400交流电转换为直流电。微控制器用于基于预先设定的编码方法将存储器中预先存储的标识信息编译为调制信号。调制器用于接收调制信号，并且基于待传输的标识信息调制所述光源的驱动信号，以获取用于驱动所述光源发射可见光信号的调制驱动信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。
根据本发明的示例性实施例，可在拍摄图像之前调整图像传感器510 的曝光时间。图30a为根据本发明示例性实施例在拍摄图像之前调整图像传感器510曝光时间的方法流程图。打开图像传感器并调节曝光时间。可选地，帧速率为30Hz，每帧的分辨率为640*480。由于光源靠近图像传感器，所以光强度大。可将图像传感器的曝光时间设定为较小值，比如1/14400s。当图像传感器的曝光时间小于1/14400s时，用软件固定该曝光时间。然后，图像传感器准备拍摄图像。当图像传感器曝光时间足够短时，通过调节图像传感器的曝光时间，可清晰地拍摄用于传输标识信息的带有明条纹或暗条纹的图像。通过这种方式，可实现光源与图像传感器之间的通信。
根据本发明的示例性实施例，为了清晰拍摄带有明或暗条纹的图像，图像传感器的采样持续时间可以小于或等于光源发射的可见光信号的高电平或低电平持续时间，如图30b所示。例如，在图30b中，低电平的持续时间小于高电平的持续时间。为了清晰地拍摄对应于低电平的暗条纹，图像传感器的采样持续时间小于或等于低电平的持续时间。在可见光信号的频率是固定的情况下，采样持续时间越短，获取的明或暗条纹越清晰。例如，如图 30c所示，在可见光信号的低电平的持续时间内，获取了具有3行的暗条纹；在可见光信号的高电平的持续时间内，获取了具有13行的明条纹。相似地，可以获取如图30d所示的图像，其包括图30c中的明条纹或暗条纹。
根据本发明的示例性实施例，拍摄图像之后，检测图像中的曝光区域，如图31a和31b所示。可选地，可采取以下方法用软件检测曝光区域：从图像的中心向外沿螺旋路径搜索曝光区域；检测所述曝光区域；以及根据该曝光区域的亮度调节所述图像传感器的曝光参数
根据本发明的示例性实施例，当存在一个或多个光源时，每个所拍摄拍摄的图像可包括对应于一个或多个光源的一个或多个曝光区域。可以检测到所述图像中的一个或多个曝光区域，如图32a-32c所示。图32a显示了图像传感器拍摄的来自于一个或多个光源的图像。如图32b所示，可通过以下方式检测每个图像中的一个或多个曝光区域：从图像的中心向外沿螺旋路径搜索曝光区域；将图像划分为对应于一个或多个光源的一个或多个曝光区域；如图32c所示，检测对应于每个光源的每个曝光区域；确定条纹数量；以及获取所传输的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，在拍摄图像之前可调节图像传感器510 的曝光时间。图33为根据本发明的示例性实施例在拍摄图像前调节图像传感器510曝光时间的方法流程图。当光源远离图像传感器，并且图像传感器检测到的光强度低时，可以基于光源中心的亮度将图像传感器的曝光时间调整为一个合适的值。当图像传感器的曝光时间小于该合适的值，用软件锁定该曝光时间。然后，图像传感器准备拍摄图像。可选地，帧速率为30Hz，每帧的分辨率为640*480。图像传感器拍摄一个图像的时间为 1s/30Hz＝0.033s＝33ms，并且拍摄每一行的时间为33ms/480＝69us≈70us。当曝光时间锁定为1/2000s时，对应于拍摄(1/2000s)/70us＝7.2行的时间，为了清晰地拍摄用于传输标识信息的带有明条纹和暗条纹的图像，对应于暗条纹的低电平的持续时间或对应于明条纹的高电平的持续时间应大于曝光时间 1/2000s，因此所述明条纹或暗条纹的宽度应大于7行。可选地，可根据底层软件协议将曝光时间设定为接口，并且可将所述接口直接应用于应用软件。当打开图像传感器时，应用层接口直接设定所述曝光时间。
根据本发明的示例性实施例，可选地，可由解码软件，通过以下方式对包括明条纹和暗条纹的所拍摄的图像进行解码：拍摄来自于光源发射的可见光信号的一个或多个图像；确定每个图像中的一个或多个曝光区域；测量明条纹或暗条纹的个数，不同的个数代表不同的代码；以及恢复所传输的标识信息。
图34a即是根据本发明的示例性实施例由图像传感器拍摄的图像示意图。
可选地，根据本发明的示例性实施例，可选地，可由预先安装的软件从图像的中心向外沿螺旋路径搜索图像中的曝光区域，如图34b所示。可选地，可通过搜索具有高于阈值的灰度值的像素来确定曝光区域。例如，对具有分辨率为640*480的图像进行分析，将阈值设置为所有像素灰度的平均值；从图像的中心向外沿螺旋路径搜索曝光区域；当某区域存在具有高于阈值的灰度值的多个像素，则确定该区域为曝光区域。可选地，根据本发明的示例性实施例，所确定曝光区域可是图像中的矩形区域，如图34c所示，其矩形的四个角的坐标为(xmin，ymin)，(xmax，ymin)，(xmin，ymax)以及(xmax，ymax)。此处，xmin与xmax分别为具有高于阈值的灰度值的像素的在横轴上的最小值和最大值；ymin与ymax分别为具有高于阈值的灰度值的像素的在纵轴上的最小与最大值。并且所述曝光区域中心的坐标为(xmid，ymid)，其中， xmid＝(xmin+xmax)/2，ymid＝(ymin+ymax)/2。可选地，可通过扫描、比较、筛选图像中的每个像素获取坐标，如图34d所示。可选地，由于光源通常呈圆形，可通过中心坐标(xmid，ymid)进一步优化所确定的曝光区域以排除非曝光区域的干扰，尽管，即，曝光区域四个角的坐标为(xmid-5，ymin)， (xmid+5，ymin)，(xmid-5，ymax)以及(xmid+5，ymax)，如图34e所示。
可选地，根据本发明的示例性实施例，通过测量所优化的曝光区域中的灰度值测量所优化的曝光区域中明条纹或暗条纹的个数，如图34f所示。将基于RGB的彩色图像转换为灰度图像，并且测量图像中每一像素的灰度值。可选地，将最大灰度值和最小灰度值分别设置为1和255，对应于从最暗到最亮的亮度水平。可选地，灰度阈值设置为最大灰度值和最小灰度值的平均值，或曝光区域中所有像素的灰度值的平均值。将所测量的每一像素的灰度值与灰度阈值比较；以及，如果所测量某一像素的灰度值大于灰度阈值，则该像素灰度二元化值为“1”；否则该像素灰度二元化值为“0”。将同一行中像素的灰度二元化值求和，并且与二元化阈值进行比较。可选地，将二元化阈值设置为一行中灰度二元化值之和的最大值与最小值的平均值，或者设置为曝光区域内所有行中的灰度二元化值之和的平均值。如果该行中像素的灰度二元化值之和大于二元化阈值，将该行的二元化值设置为“1”，代表明条纹；反之，将该行的二元化值设置为“0”，代表暗条纹。
可选地，根据本发明的示例性实施例，可测量明条纹或暗条纹的个数，如图34f所示。如上所述，二元化值“1”代表明条纹，二元化值“0”代表暗条纹。当某一行的二元化值为“0”且下一行的二元化值为“1”时，这意味着从暗条纹向明条纹的过渡；当某一行的二元化值为“1”且下一行的二元化值为“0”时，这意味着从明条纹向暗条纹的过渡；当某一行的二元化值为“1”且下一行的二元化值仍然为“1”时，这意味着这两行像素的仍然在一个明条纹内；当某一行的二元化值为“0”且下一行的二元化值仍然为“0”时，这意味着这两行像素的仍然在一个暗条纹内。通过这种方式，可通过测量暗条纹的个数，测量明条纹的个数，或者共同测量明条纹或暗条纹的个数对所传输标识信息进行解码，其中不同个数条纹代表不同的代码。例如，在图34f中，暗条纹的个数是5，明条纹的个数是6，以及明条纹或暗条纹的个数是11。
可选地，根据本发明的另一示例性实施例，可测量明条纹或暗条纹的个数，如图34g所示。在图34g中，计算灰度二元化值之和的一阶导数。对一阶导数的符号(正或负)进一步求导。如果符号的导数大于0时，这意味着从明条纹向暗条纹的过渡或从暗条纹向明条纹的过渡。通过计算大于0 的符号的导数的个数可获取明条纹或暗条纹的个数。
根据本发明的示例性实施例，装置500可包括多个图像传感器，如图 35所示。当在装置中使用多个图像传感器时，需要预先确定激活哪个图像传感器。可选地，策略可以如下：激活所有图像传感器；选择首先接收光信号的图像传感器作为激活的图像传感器，并且关闭其他图像传感器。可选地，策略可是手动选择一个图像传感器为激活的图像传感器。可选地，策略可以是基于其他图像传感器或处理器收集的标识信息，选择一个图像传感器为激活的图像传感器，以获取对应于图像中一个或多个曝光区域中明条纹或暗条纹的变化的个数的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，可使用软件程序触发用于获取从可见光信号获取标识信息的装置中的图像传感器，以开始接收可见光信号。可选地，在拍摄图像过程中，从其所获取的实时图像和标识信息可显示在该软件程序中，如图36a所示。可选地，在拍摄图像过程中，可只有从图像中获取的标识信息显示在该软件程序中，如图36b所示。
根据本发明的示例性实施例，利用可见光信号传输标识信息的光源包括依据本发明的调制器和发射器，光源可包含在发射器中，如图37所示。所述发射器还可包括供电电源和微处理器，例如微控制器单元。在发射器准备发射可见光信号之前，应提前激活图像传感器。可选地，可通过发射器发送激活信号来激活图像传感器，如图37所示。可通过基于软件的开关来实现激活。当所述开关开启时，图像传感器开始接收可见光信号。可选地，可通过其它方式激活图像传感器。例如，当软件开始运行时，同时激活图像传感器。可选地，也可通过其它开关、传感器或网络实现激活。
根据本发明的示例性实施例，当激活图像传感器以接收可见光信号时，通知发射器发送可见光信号。这可通过发射器中安装的基于硬件的开关来实现，如图38所示。当开关开启时，发射器开始发送可见光信号；当开关关闭时，发射器停止发送可见光信号。可选地，可通过其它方法，例如，按钮、物理接触、传感器以及网络来通知传感器。
根据本发明的示例性实施例，可将光敏装置集成于发射器之中以检测图像传感器的状态，例如，图像传感器是否准备拍摄图像。在发射器发送可见光信号之前，所述光敏装置可首先检查图像传感器的状态。可选地，当图像传感器准备拍摄图像时，图像传感器的发光元件以一定的频率改变亮度，并且发射器中集成的光敏装置可检测所述亮度的变化；然后发射器开始发送可见光信号，如图39所示。可选地，可通过其它传感器，例如声音传感器、重力传感器、加速度计等检测图像传感器的状态。可选地，可通过其它方法，比如网络适配器，如GPRS、GSM、CDMA、WiFi、Zigbee，Bluetooth或 RFID等检测图像传感器的状态。
根据本发明的示例性实施例，发射器可传输多种类型的标识信息，包括但不限于，发射器的标识、声音、文档、音频、图片、视频等标识信息，其可储存在存储器中，如图40所示。
根据本发明的示例性实施例，发射器可包括依据本发明的光源、微处理器(例如，微控制器(MCU))和电池，如图41所示。微处理器对光源的驱动电流/电压编码，光源中的调制器可基于待传输的标识信息调制光源的驱动电流/电压，以及光源中的发射器可基于所调制的驱动电流/电压发射可见光信号。光源可发射可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化。可使用所述电池为光源和微处理器提供能量。可选地，如图41所示，发射器还可包括用于为电池充电或保护电池以防过渡充电或过热等的充电电路。
根据本发明的示例性实施例，发射器还可包括传感器，如图42所示。所述传感器可用于测量电力参数，如温度、湿度、电压以及电流，或者生物参数，如人类心跳速率、体温以及血压。
根据本发明的示例性实施例，发射器还可包括存储器，如图43所示。所述存储器用于储存标识信息，如预先存储的数据和传感器收集的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，发射器还可包括显示器，如图43所示。所述显示器用于显示所传输的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，用于获取标识信息的装置可包括图像传感器、微处理器(例如MCU)和供电电源，如图44所示。所述图像传感器用于拍摄光源发射的可见光信号。所述微处理器用于测量所拍摄图像中包含的明条纹或暗条纹变化的个数以及用于获取对应于明条纹或暗条纹变化的个数的标识信息。所述供电电源用于为微处理器提供能量。
根据本发明的示例性实施例，如图44所示，用于获取来自可见光信号的标识信息的装置还可包括通信模块，所述可见光信号以变化的频率在高电平和低电平之间变化。所述通信模块可以是有线的或无线的，并且可用于在所述装置和其它电子设备之间的数据传输，或用于将所述装置连接到因特网。
根据本发明的示例性实施例，发射器可以是灯。所述发射器可以是集成在其他装置中的嵌入式系统，如戒指的一个集成部分，如图45所示。
根据本发明的示例性实施例，利用可见光信号传输和获取标识信息的系统包括根据本发明的利用可见光信号传输标识信息的光源和从来自光源的可见光信号获取标识信息的装置，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化；该系统的依据的基本工作原理如下：装置中的图像传感器拍摄光源发射的可见光信号，并从其获取一个或多个图像，以及装置中的处理器测量每个图像中明条纹或暗条纹的变化的个数，并且恢复对应于明条纹或暗条纹变化的个数的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中，提供体积小、便于携带以及低功耗的优点。所述可佩戴电子设备可以是珠宝，如戒指、耳环、项链、手表等，或者可以是钥匙，卡，笔等。当所述发射器集成于可佩戴电子设备之中时，所述可佩戴电子设备可发射用于传输标识信息的可见光信号。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中，如由电池供电的戒指，如图46所示。应当指出的是，所述戒指仅用于说明本发明，不应视为对本发明的限制。所述电池用于为发射器提供能量。所述发射器包括的光源可发射可见光信号，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，并且可独立调制每个光源。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器可包括可发射可见光信号的一个或多个光源，所述可见光信号的电平在不同时间点以变化的频率在高电平和低电平之间变化，如图47所示。每个图像的一个或多个曝光区域对应于一个或多个光源。如上文所言，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器还可包括驱动器，如图48所示。如上文所言，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中。所述驱动器用于驱动光源。所述驱动器可提供更大的驱动电流或驱动电压以驱动大功率光源。通过这种方法，可增加提高发射器的传输距离。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器还可包括电池充电电路，如图49所示。如上文所言，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中。所述充电电路不仅用于为电池充电，而且用于限制充电电流/电压或检查温度等，以避免电池过渡充电或过热。可选地，充电电路可由外部电源供电，如电力网、太阳电池板、发电机或能源收集系统等。可选地，充电电路可以是无线充电系统。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器还可包括存储器，如图50所示。如上所言，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中。所述存储器用于储存标识信息，如预先储存的数据，和图像传感器所收集的标识信息。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器还可包括传感器，如图51所示。如上所言，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中。所述传感器可用于测量参数，如温度、湿度、电压和电流，或者生物参数，如人类心跳速率、体温和血压。所述传感器可是温度传感器、湿度传感器、光学传感器、声音传感器、加速计、压力传感器等。所述发射器还可包括电压/电流传感电路，所述电路用于检测电池的状态。在检测到电池电量低时，所述传感器可通过光信号、声音以及振动等通知用户。
根据本发明的示例性实施例，所述传感器还可包括网络适配器，如图 52所示。如上所言，所述发射器可集成于可佩戴电子设备之中。所述网络适配器用于在从可见光信号获取标识信息的设备和其它具有网络功能的电子设备之间交换数据，如电脑，或用于发送指令控制其它设备。可选地，所述网络适配器可使用以下通信技术：GPRS、GSM、CDMA、WiFi、Zigbee， Bluetooth或RFID等。
根据本发明的示例性实施例，在所述发射器发送可见光信号前，，所述发射器可首先检查从可见光信号获取标识信息的装置中图像传感器的状态。可选地，当所述图像传感器准备拍摄图像时，发光元件的屏幕以一定的频率改变亮度，并且可通过集成于发射器中的光敏装置(如传感器)检测所述亮度的变化；然后所述传感器开始发送可见光信号，如图53所示。可选地，当用于信号获取标识信息的装置是智能手机时，智能手机内嵌的LED 闪光灯可用于向发射器发送信号。可选地，可通过其它传感器，如声音传感器、重力传感器以及加速度计等，检测用于从可见光信号获取标识信息的装置的状态。可选地，可通过其它方式，如网络适配器，例如GPRS、GSM、 CDMA、WiFi、Zigbee，Bluetooth或RFID等，检测用于从可见光信号获取标识信息的装置的状态。可选地，用于从可见光信号获取标识信息的装置可以是具有光敏元件的笔记本电脑或其它电子设备。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器集成于可佩戴电子设备之中。当可佩戴电子设备开始发送可见光信号，应开启其发射器。这可通过在发射器中安装的基于硬件的开关或其它与发射器相连的基于传感器的开关来实现。当所述可佩戴电子设备接收开启信号，便开始发送光信号。上述方法在图54进行说明。
根据本发明的示例性实施例，在所述发射器开始发送可见光信号后，用于从可见光信号获取标识信息的装置中的图像传感器的工作流程如下，如图55所示：启动接收程序，初始化图像传感器，设置曝光参数，发送用于接收可见光信号的请求，以及等待可见光信号；在接收可见光信号后，检查起始码，分析所拍摄图像，测量图像中明条纹或暗条纹的变化的个数，以及恢复标识信息。
根据本发明的示例性实施例，所述发射器提供了一种基于可见光信号的定位系统，如图56所示。可选地，用于从可见光信号获取标识信息并包括图像传感器的装置可以是包括光敏元件的移动设备。可选地，所述移动设备可是智能手机。可调制光源(如，在发射器中的光源)发射上述可见光信号；所发射可见光信号包括对应于光源的唯一ID；智能手机中的图像传感器拍摄光源的图像，测量这些图像中明条纹或暗条纹的变化的个数，对ID 标识信息进行解码，以及将所解码的ID与储存在地图数据库中的数据进行比较。通过这种方法，可从光源的位置确定图像传感器的准确位置。
总之，本发明的示例性实施例提供了一种有效且高效的用于传输/获取标识信息和利用可见光信号定位的方案，其更快速且更准确地实现室内定位、传输/获取标识信息，并且所传输/所获取的标识信息可包含更多数据位。此外，本发明有效地避免了可被人眼感受到的不希望的光源闪烁。
应当理解，上述实施例是示例性的，而不是对本发明的限制。本领域的技术人员可设计替代的实施例，而不脱离所附权利要求书的保护范围。单词“包括”并不排除所存在的元素或步骤，尽管上述元素或步骤并未在权利要求书中列明。在元素前的单词“一个”并不排除多个所述元素的存在。在设备权利要求书中，列明了一些元件，这些元件的部分可在同一硬件产品中明确体现。单词第一，第二，第三的使用不代表任何顺序，可将这些单词解释为名称。