可见光成像通信系统使用液晶显示器(LCD,Liquid Crystal Display)或发光二极管(LED,Light Emitting Diode)阵列作为发射端,对其像素的强度进行调制后在可见光信道中并行传输,在作为接收端的成像器件上成像得到发送端的信息。典型的接收器是电荷耦合器件(CCD,Charge Coupled Device)、CMOS等。可见光成像通信在室内外高速通信系统、智能交通系统、位置服务、现实增强等众多领域都具有广阔的应用前景。近年来,手机等智能终端几乎都具备安装智能软件的能力和良好的拍摄效果,为可见光成像通信的普及奠定了基础。本文在分析可见光成像通信传输特性的基础上,主要就可见光双层成像通信技术及其应用系统的构建进行了研究,主要研究工作如下:1.结合可见光成像通信的典型应用场景,建立了可见光成像通信系统的典型模型,分析了可见光成像通信的传输特性。建立了可见光成像通信的系统模型,研究了光源的传输特性。通过对系统信道增益和系统容量的理论推导,对决定容量的收发两端距离、相对位置、镜头虚化和单元布局等因素进行了量化分析和数值仿真。对空间上和时间序列(帧)上的同步进行了深入分析,研究了空时同步方法。2.针对可见光成像通信传输特性和业务种类的差异,研究了可见光双层成像通信,提出了一种线性复杂度的最大似然检测算法,设计了三种适用于可见光双层成像传输的信号星座方案。双层成像通信将发送的数据分两层在发送端叠加传输,上层信号的数据量小但对传输误码率要求高;下层信号的数据量大但对传输误码率要求低。研究了可见光多层成像通信系统的基本原理,建立了双层成像通信系统的发射端和接收端信号模型。针对现有求和检测算法误码率较高、最大似然检测复杂度较高的问题,依据成像通信的特点,提出了一种具有线性复杂度的快速最大似然检测算法,兼顾了低误码率和低复杂度的要求;针对不同应用场景和业务需求,提出了三种适合双层传输的信号星座设计方案,实现了对上下两层信息比特传输可靠性的灵活调节。仿真表明该最大似然检测算法对系统性能有6dB左右的提升,三种不同的星座设计可对应不同的整体误码率需求和上下层各自误码率需求。3.研究了可见光隐式通信系统的实现原理,分析了不同的技术实现途径,对可行技术进行了理论分析与实验测试,设计并实现了可见光双层隐式成像通信系统。介绍了可见光隐式信息服务系统的实现原理,结合图像特点分析比较不同的处理方法、不同的调制方式的优点和存在的问题,优选得到适应系统特点的实现方法;设计并实现可见光双层隐式成像通信系统,介绍了基于训练序列的系统组成结构,提出并实现了动态帧所需的收发两端空、时同步方法。对系统中的主要参数,例如调制深度、分集、复用程度,载体图片强度的变化对系统性能的影响进行实验评估,对系统操作界面和功能进行了详细介绍。