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CN110379189A - 一种基于可见光通信的交通标志识别系统及识别方法 - Google Patents

一种基于可见光通信的交通标志识别系统及识别方法 Download PDF

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CN110379189A
CN110379189A CN201910560190.5A CN201910560190A CN110379189A CN 110379189 A CN110379189 A CN 110379189A CN 201910560190 A CN201910560190 A CN 201910560190A CN 110379189 A CN110379189 A CN 110379189A
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China
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traffic sign
led
demodulation
modulation
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CN201910560190.5A
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吴俊�
唐辛泉
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Southeast University
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Southeast University
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    • G08G1/0962—Arrangements for giving variable traffic instructions having an indicator mounted inside the vehicle, e.g. giving voice messages
    • G08G1/09623—Systems involving the acquisition of information from passive traffic signs by means mounted on the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
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Abstract

本发明公开了一种基于可见光通信的交通标志识别系统及识别方法，系统包括调制模块，LED驱动模块，光电接收处理模块和解调模块，所述调制模块和LED驱动模块安装在LED交通标志端，所述光电接收处理模块和解调模块安装在车辆端；识别方法包括：调制模块产生数字信号，控制LED驱动电路通断，使LED高速闪烁；光电接收处理模块接收来自LED交通标志的光信号与自然光噪声，经光电转换后，输出像素亮度；解调模块将像素亮度信息解调成原始的数字信息信号，实现交通标志信息的还原。本发明基于可见光通信，能与交通系统有较好的兼容性，可以做到低成本广覆盖；可以实现车辆主动识别前方交通标志，通过语音提示提前给驾驶者预警。

Description

一种基于可见光通信的交通标志识别系统及识别方法
技术领域
本发明涉及智能交通系统，尤其涉及一种基于2FSK调制可见光通信系统的LED交通标志识别系统，同时还涉及一种基于2FSK调制可见光通信系统的LED交通标志识别方法。
背景技术
智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)是未来交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种综合交通运输管理系统。可见光通信(VLC)技术是指利用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信方式。发光二极管(LED)由于其亮度高、功耗低、寿命长等特点，可用于制作LED交通信号灯、LED交通标志，促使基于LED的可见光通信成为了极具潜力的下一代智能交通系统(ITS)的新型通信技术。
目前，已有将二进制振幅键控(on-off keying，OOK)调制和脉冲位置调制的方法作为可见光通信的调制方式，应用在智能交通系统中。对于LED灯来说，虽然由于视觉暂留现象，高速的闪烁频率是不被人眼感知的，但如果采用OOK或其他调制方式，可能出现长期为数字信号“0”的情况，这会影响LED亮度。可见，OOK调制虽然简单易实现，但频带利用率低，脉冲位置调制则存在信号带宽利用不足和多径效应问题。
二进制频移键控调制(2FSK)是利用两个频率来表示信号的一种调制方式，2FSK信号中的频率是根据二进制基带信号在载波f1和f2两个频率点间进行切换得到的，其优点是抗干扰能力强。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于2FSK调制可见光通信系统的LED交通标志识别系统，本发明的第二目的是提供一种基于2FSK调制可见光通信系统的LED交通标志识别方法，以使车辆能够快速、准确地自主识别LED交通标志内容，实现交通设施与车辆之间的可见光通信。
技术方案：一种基于可见光通信的LED交通标志识别系统，包括调制模块，LED驱动模块，光电接收处理模块和解调模块；所述调制模块和LED驱动模块安装在LED交通标志端，所述光电接收处理模块和解调模块安装在车辆端；
调制模块产生数字信号，控制LED驱动电路通断，使LED高速闪烁；光电接收处理模块接收来自LED交通标志的光信号与自然光噪声，经光电转换后，输出像素亮度；解调模块将像素亮度信息解调成原始的数字信息信号，实现交通标志信息的还原。
优选的，所述调制模块采用2FSK调制方式，所述解调模块采用2FSK解调方式解调电信号，
进一步的，所述光电接收处理模块包括图像传感器和降噪模块。
进一步的，还包括车载语言提示模块和/或显示模块。
一种基于所述LED交通标志识别系统的LED交通标志识别方法，包括如下步骤：
步骤1、将LED交通标志信息编码为若干位二进制码，制成查找表；
步骤2、将二进制码进行2FSK编码；
步骤3、所述调制模块产生的数字信号作为控制信号，控制LED驱动模块的LED驱动电路通断，使LED高速闪烁，将信息传送到大气环境中；
步骤4、所述光电接收处理模块接收来自LED交通标志的光信号与自然光噪声，经滤波降噪后，分离出LED光信号对应的像素点，输出像素亮度；
步骤5、所述解调模块对像素亮度信息进行2FSK解调，得到二进制码，通过查找表获知对应的交通标志；所述解调为在一个基带周期内进行脉冲计数，判断该位是符号“0”或符号“1”，按照通信协议接收一次完整信息即可停止；
步骤6、所述车载语言提示模块和/或显示模块对所识别的交通标志进行播报或显示。
和现有技术相比，本发明具有如下显著进步：1、可见光通信可实现照明、交通指示和通信一体化，是一种便捷、环保的通信方式，尤其是它能与交通系统有较好的兼容性，可以做到低成本广覆盖。2、采用二进制频移键控调制(2FSK)方式，抗噪声与抗衰减的性能较好，且不会出现长时间低电平导致LED亮度减弱，非常适用于LED可见光通信的调制。3、在恶劣天气下，驾驶员容易忽视或看不清普通交通标示牌，该方法则可以实现车辆主动识别前方交通标志，通过语音提示，提前给驾驶者预警。
附图说明
图1是本发明LED交通标志识别系统的硬件框图。
图2是本发明LED交通标志识别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，一种基于2FSK调制的可见光通信系统识别LED交通标志识别系统，包括调制模块，LED驱动模块，光电接收处理模块，解调模块。
调制模块采用二进制频移键控调制(2FSK)方式，由所传送的数字信息控制载波的频率，符号“1”对应于载频f1，符号“0”对应于另一种载频f2，且f1与f2之间的改变是瞬间的。将交通标志信息编码为若干位二进制码，制成查找表。通过所述调制方式将二进制码调制成一段数字信号，所述调制方法实现较为容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，且不会出现长时间低电平导致LED亮度减弱。
LED驱动模块是指实现LED驱动的电路结构，由所述调制模块产生的数字信号作为控制信号，控制LED驱动电路通断，使LED高速闪烁，将信息传送到大气环境中。
光电接收处理模块包括安装在车辆上的图像传感器和降噪模块，接收来自LED交通标志的光信号与自然光噪声，通过核心器件光电二极管转化为电信号，输出像素亮度。经降噪模块，滤除自然光噪声，分离出LED光信号对应的像素点，将此处像素亮度传递给后续模块。
解调模块是将像素亮度信息根据2FSK解调成原始的数字信息信号，从而知道对应的交通标志。解调时只需在一个基带周期内进行脉冲计数，判断该位是符号“0”或符号“1”，按照通信协议接收一次完整信息即可停止。
实施例1：
根据图2，首先将“限速60”的交通标志编码为8位二进制码00001111，放入查找表中，即限速60与十进制数15对应。
将二进制码00001111进行2FSK编码。取基波中二进制“1”对应于载频f1，而二进制“0”对应于载频f2，如1kHz表示1，500Hz表示0。2FSK信号中的频率是根据二进制基带信号在载波f1和f2两个频率点间进行切换得到的，其表达式为
式中，和θn是码元的初始相位，ω1＝2πf1和ω2＝2πf2为两个不同码元的角频率，A为码元的包络。在二进制码脉冲序列的控制下开关电路能够对不同的相互独立的频率源进行选通，从而在输出端得到频率不同的2FSK调制信号，这种方法具有转换速度快、稳定度高、易于实现的特点。
调制信号作为LED驱动电路的控制信号，使LED交通灯高频闪烁。由于视觉暂留效应，人眼感知不到交通标志灯的闪烁。在发送两次信号之间，控制信号保持高电平，使交通标志灯常亮。
LED灯光在空气中传播，由车载图像处理器接收，经过光电转换，输出像素亮度。此时像素点中包含LED交通标志灯的信息与日光噪声的信息。LED交通标志灯对应位置的亮度是闪烁的，而日光噪声变化较小，根据这一点进行滤波降噪，分离出LED光信号对应的像素点位置，记录此处像素亮度值变化情况。设置阈值，将像素亮度转换为数字信号，再经过2FSK解调，得出8位二进制码，与查找表中对照，可知此可见光信号对应的交通标志为“限速60”。由车载语音播报系统告知驾驶者。
实施例2：
根据图2，将“禁止通行”的交通标志编码为8位二进制码00100001，放入查找表中，即“禁止通行”与十进制数33对应。将二进制码00100001进行2FSK编码，以频率为1kHz的载波f1表示数字信号“1”，以频率为500Hz的载波f2表示数字信号“0”，调制信号作为LED驱动电路的控制信号，控制LED交通灯按照一定规律高频闪烁。LED灯光在空气中传播，由车载图像处理器接收，实现光电转换，输出像素亮度。经过滤波降噪后，分离出LED光信号对应的像素点，记录像素值并转换为调制后的数字信号，再经过2FSK解调，得出8位二进制码，与查找表中对照，可知此可见光信号对应的交通标志为“禁止通行”。由车载语音播报系统告知驾驶者。

Claims (6)

1.一种基于可见光通信的交通标志识别系统，其特征在于：包括调制模块，LED驱动模块，光电接收处理模块和解调模块；所述调制模块和LED驱动模块安装在LED交通标志端，所述光电接收处理模块和解调模块安装在车辆端；
调制模块产生数字信号，控制LED驱动电路通断，使LED高速闪烁；光电接收处理模块接收来自LED交通标志的光信号与自然光噪声，经光电转换后，输出像素亮度；解调模块将像素亮度信息解调成原始的数字信息信号，实现交通标志信息的还原。
2.根据权利要求1所述的交通标志识别系统，其特征在于：所述调制模块采用2FSK调制方式。
3.根据权利要求1所述的交通标志识别系统，其特征在于：所述解调模块采用2FSK解调方式。
4.根据权利要求1所述的交通标志识别系统，其特征在于：所述光电接收处理模块包括图像传感器和降噪模块。
5.根据权利要求1所述的交通标志识别系统，其特征在于：还包括车载语言提示模块和/或显示模块。
6.一种基于如权利要求1所述交通标志识别系统的交通标志识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将LED交通标志信息编码为若干位二进制码，制成查找表；
步骤2、将二进制码进行2FSK编码；
步骤3、所述调制模块产生的数字信号作为控制信号，控制LED驱动模块的LED驱动电路通断，使LED高速闪烁，将信息传送到大气环境中；
步骤4、所述光电接收处理模块接收来自LED交通标志的光信号与自然光噪声，经滤波降噪后，分离出LED光信号对应的像素点，输出像素亮度；
步骤5、所述解调模块对像素亮度信息进行2FSK解调，得到二进制码，通过查找表获知对应的交通标志；所述解调为在一个基带周期内进行脉冲计数，判断该位是符号“0”或符号“1”，按照通信协议接收一次完整信息即可停止；
步骤6、所述车载语言提示模块和/或显示模块对所识别的交通标志进行播报和/或显示。
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