基于图像传感器的可见光通信的优缺点分析

在可见光通信中,按接收器的分类,主要有两类:1、PD-based;2、image-based

PD-based虽然带宽高,但是本人认为,实际上却远不如image-based实在。特别是可见光定位相关的应用,个人认为,PD-based毫无优势可言(虽然本人之前也发表了很多基于PD的可见光定位的论文,但基本都是仿真,除了最近一篇在IEEE access上的论文是仿真+实验以外),可以认为目前研究现状中,PD-based的定位精度都是远低于image-based的

从原理上来讲,相机可以看作由多个PD构成的PD阵列。通常相机的视场角(Field of View,FOV)大于50度,这使得基于IS的VLIP技术不必严格对准就可以实现可靠的信号传输,增加了VLIP技术的灵活性。同时,基于IS的VLIP技术因其透镜(Lens)成像原理使其具有以下优点:

优点

(1)利用IS得到的图像可以自然的将不同位置处的物体区分出来并显示在图像中的不同位置,这表示当发射端位置不同时,基于IS的VLIP技术可以高效的完成信号的空间分离和并行接收,对比LED与背景区域的信息使用图像处理算法即可避免噪声带来的干扰。(空间分离特性)

(2)如果成像中的噪声与LED的位置很接近无法通过简单的空间方式进行区分,还可以对IS的图像流进行分析从而滤除干扰和噪声。因为在较段时间内噪声在IS成像上的位置基本不会改变。这使得以IS作为接收端的VLIP技术具有较高的抗噪能力。

(3)IS得到的图像为彩色图像,并且该图像由三通道数值表示,这为光通信的波分复用(WDM)技术奠定了极佳的硬件基础,这也是提高VLC信号带宽的重要手段之一。

缺点:

(1)当前普通IS的FOV角大多在60度左右,因此要在IS的FOV内同时捕获多个LED光源,需要满足IS与LED光源距离足够远或LED光源之间的距离足够近两种条件之一。然而,当IS与LED光源过远时会对VLC性能带来影响,也会引入更多的噪声;而LED光源之间的距离太近又不符合实际的照明需求。

这一点其实就是我们常说的视场角的限制。因为一般要2~3盏LED才可以实现定位。但是FOV的限制会导致捕获到的LED的数量不够,当然也可以让LED跟camera的垂直距离更远,但是更远又会影响ID识别。因为rolling shutter effect虽然是可以提升速率,但是随着距离的增大会使得所捕获的条纹数降低。大大影响了ID的识别量与识别率

(2)目前大多数研究中,没有考虑VLIP技术中接收端的倾斜情况,或者在固定倾斜角的情况下对定位性能进行分析。无论接收.端使用PD还是IS,当其与发射端坐标系有倾斜角时,都会引起巨大的定位误差,而在实际应用中这种倾斜是不可避免的。一些研究中引入额外的硬件设备(如陀螺仪等)计算倾斜角,但也势必会增加硬件成本。同时也会大大增大算法的复杂程度。

参考资料

基于立体视觉的可见光通信室内定位技术研究与实现_于朋鑫

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