CN110663020A - 使用反向散射装置的图像和/或视频发射 - Google Patents

使用反向散射装置的图像和/或视频发射 Download PDF

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Abstract

本文中所描述的实例包含用于根据图像和/或视频的像素值反向散射载波信号的系统、装置和方法。具有与像素值成比例的性质的信号可转换成含脉冲波形，基于所述像素值确定所述含脉冲波形的脉冲的宽度和/或占空比。反向散射发射器可根据所述含脉冲波形反向散射载波信号以将所述像素值提供到接收器。以此方式，可提供低功率和/或无电池操作下的视频发射。

Description

使用反向散射装置的图像和/或视频发射
相关申请案的交叉引用
本申请案依据35U.S.C.§119主张2017年4月6日提交的第62/482,297号美国临时申请案的较早申请日的权益，所述美国临时申请案的全部内容出于任何目的以全文引用的方式并入本文中。
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明是在国家科学基金会授予的批准号CNS-1305072和CNS-1407583和CNS-1452494的政府支持下进行的。政府在本发明中享有一定权利。
技术领域
本文中所描述的实例大体上涉及无线通信。描述使用反向散射装置的图像和/或视频发射的实例。
背景技术
视频流式传输传统上被视为极为耗电的操作。现有方法是分别优化相机和通信模块以使其电力消耗降到最小。然而，设计视频流式传输装置需要与相机和通信模块介接的耗电硬件组件和计算密集型视频编解码器算法。举例来说，60fps下的单色HD视频流式传输使用在55.3MHz的取样速率下操作的ADC和可以442Mbps处置正在产生的未经压缩数据的视频编解码器。
最近比较热门的是将佩戴式相机用于活体铸造(life-casting)、视频日志和现场直播音乐会、政治事件以及甚至手术的多种应用中。不同于智能电话，这些佩戴式相机具有眼镜外观且因此需要超轻重量并且在连续操作期间不会出现发热问题。这因为更高分辨率视频流式传输需要更大(且更重)电池以及耗电的通信和处理单元而导致在所述装置的可用性与其流式传输能力之间进行取舍。举例来说，快照眼镜(Snap Spectacle)重量轻并且已可用，但其无法流式传输实况视频且充电一次仅可录制最多一百个10秒的视频(实际上低于20分钟)。
发明内容
本文中描述设备的实例。实例设备包含图像传感器。所述图像传感器可提供指示入射到所述图像传感器上的能量的信号。所述设备可包含脉宽调制器，其可耦合到所述图像传感器并且可将指示入射到所述图像传感器上的能量的信号转换成含脉冲波形，其中含脉冲波形中的脉冲的宽度指示入射到所述图像传感器上的能量。所述设备可包含天线和耦合到所述脉宽调制器和天线的开关。所述开关可控制天线处的阻抗以根据含脉冲波形反向散射入射到天线上的载波信号。
在一些实例中，所述图像传感器可包含光电二极管且指示入射到所述图像传感器上的能量的信号包括电压信号。
在一些实例中，所述含脉冲波形中的所述脉冲的占空比与所述电压信号成比例。
在一些实例中，所述设备可另外包含子载波调制器，所述子载波调制器被配置成使用与所述载波信号的频率偏移升频转换所述含脉冲波形。
在一些实例中，所述图像传感器包括被配置成在帧速率下操作的相机，且所述脉宽调制器包括比较器，所述比较器被配置成从所述相机接收所述帧速率下的三角波和像素值，所述比较器被配置成当像素值小于所述三角波时输出第一值并且当所述像素值大于所述三角波时输出第二值。
在一些实例中，所述图像传感器包括相机，且指示入射到所述图像传感器上的能量的所述信号包括指示像素值的信号。所述相机可以z字形扫描模式提供指示像素值的信号。
在一些实例中，所述图像传感器可包含相机，且指示入射到所述图像传感器上的能量的所述信号可包括指示超像素的信号，所述超像素包括帧中的像素集的平均像素值。
本文中描述了系统的实例。实例系统可包含图像传感器，其被配置成提供具有与图像的像素值成比例的性质的信号，所述像素值对应于入射到所述图像传感器上的能量。所述系统可包含反向散射发射器，其被配置成通过根据所述像素值反向散射入射到所述反向散射发射器上的载波信号来提供反向散射信号。所述系统可包含载波信号源，其被定位成提供所述载波信号，和接收器，其被配置成接收所述反向散射信号并且解码所述像素值。
在一些实例中，所述性质可为电压。在一些实例中，所述性质可为持续时间。
在一些实例中，所述系统可包含能量采集系统，且所述反向散射发射器可被配置成使用来自所述能量采集系统的能量反向散射所述载波信号。
在一些实例中，所述能量采集系统可提供足以为所述反向散射发射器供能的能量。
在一些实例中，所述载波信号源包括跳频源。
在一些实例中，所述图像传感器包含摄像机且所述反向散射信号以足以供所述接收器对视频进行实时重放的速率提供。
在一些实例中，所述载波信号源可被另外配置成将命令提供到所述反向散射发射器、所述图像传感器或其组合。
在一些实例中，反向散射发射器被配置成将具有与像素值成比例的所述性质的所述信号转换成含脉冲波形，且所述含脉冲波形中的脉宽可与所述像素值对应。
在一些实例中，所述反向散射发射器被配置成以反向散射频率提供所述反向散射信号，且所述反向散射频率从所述载波信号的频率移位。
在一些实例中，所述反向散射信号包括超像素，且所述接收器被配置成将多个超像素帧进行比较并且当所述多个超像素帧的差异大于阈值量时请求整个帧的至少一部分。
在一些实例中，所述系统可另外包含额外反向散射发射器，且所述反向散射发射器和所述额外反向散射发射器被配置成将所述载波信号反向散射到不同频带中。
本文中描述了方法的实例。实例方法可包含提供载波信号；提供含脉冲信号，所述含脉冲信号的脉冲的宽度与像素值对应；和根据所述含脉冲信号反向散射所述载波信号以发射图像数据。
在一些实例中，所述载波信号包括跳频信号。在一些实例中，所述载波信号包括环境TV信号、WiFi信号或其组合。
在一些实例中，所述方法可另外包含使用安全密钥调制所述含脉冲信号。在一些实例中，所述安全密钥可包含伪随机序列。
在一些实例中，提供所述含脉冲信号包括使用包含所述像素值的模拟表示的信号。在一些实例中，所述像素值的所述模拟表示以z字形扫描模式提供。在一些实例中，提供所述含脉冲信号包括将所述像素值的所述模拟表示与周期性波形组合。在一些实例中，所述周期性波形包括帧速率下的三角波。
在一些实例中，反向散射所述载波信号包括执行子载波调制以使反向散射信号的频率从所述载波信号的频率移位。
在一些实例中，所述方法另外包含对来自图像传感器的信号进行脉宽调制以提供所述含脉冲信号；和至少部分地消除所述脉宽调制产生的谐波信号。
附图说明
图1是根据本文中所描述的实例布置的系统的示意性说明。
图2是根据本文中所描述的实例布置的反向散射装置的示意性说明。
图3是根据本文中所描述的实例布置的实例脉宽调制器和子载波调制器。
图4是根据本文中所描述的实例布置的系统的示意性说明。
具体实施方式
下文阐述某些细节以提供对本发明的实施例的充分理解。然而，所属领域的技术人员将明白，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在一些情况下，未详细展示众所周知的电路、控制信号、网络连接组件、时序协议、视频编码和/或压缩技术和软件操作，以避免不必要地混淆所描述的本发明的实施例。
本文中所描述的实例包含可提供从一低功率佩戴式相机到另一低功率佩戴式相机的HD视频流式传输的系统、装置和方法。可使用模拟视频反向散射技术，其将具有与来自例如光电二极管的图像传感器元件的像素值成比例的性质的信号提供到反向散射硬件。以此方式，可减少和/或消除耗电的硬件组件，例如ADC和编解码器。
本文中所描述的实例可提供低功率相机，其可执行HD视频流式传输到例如智能电话的附近移动装置。这可实现佩戴式相机的轻重量，并流式传输高质量视频，且佩戴起来安全舒适。举例来说，减小电力消耗将减小所需电池的大小，这又可解决重量、电池寿命和过热等关键挑战。此外，由于用户通常携带如智能电话等相对不太重且电力受限制的移动装置，因此可使用这些装置接收流式传输的视频且/或将视频转送到其它系统，例如云基础设施。
为解释可涉及的一些挑战，考虑视频流式传输装置的组件：图像传感器、视频压缩和通信。图像传感器可具有光学透镜、连接到放大器的光电二极管阵列以及最后将模拟像素转移为数字值的ADC。视频编解码器接着可执行数字域中的压缩以产生经压缩视频，接着可在无线媒体上发射所述经压缩视频。现有方法是分别优化相机和通信模块以使其电力消耗降到最小。然而，设计视频流式传输装置需要与相机和通信模块介接的耗电硬件组件和视频编解码器算法。
表1展示相应地用于ADC和视频编解码器的取样速率和数据速率的实例。HD视频流式传输通常使用在多于至少10MHz的高取样速率下操作的ADC。虽然模拟社群在低得多的取样速率下具有减小的ADC电力消耗，但研究社群中的当前技术发展水平的ADC在这些高取样速率下消耗至少数毫瓦。另外，高数据速率使用在高时钟频率下运行的振荡器和视频编解码器，这成比例地增加电力消耗。这些数据速率下的视频编解码器通常相应地消耗数百毫瓦到数瓦的功率。
表1：原始数字视频取样和位速率要求
Figure BDA0002225481430000051
本文中所描述的实例可替代地有助于低功率装置上的视频流式传输。代替分别优化成像和通信组件，本文中所描述的实例可共同设计成这些组件以显著减小系统电力消耗。
本文中所描述的实例可将具有与像素值(例如，像素亮度)成比例的性质的信号从图像感测元件(例如，光电二极管)直接提供到反向散射天线以供像素值的反向散射(例如，图像和/或视频数据的反向散射)。应注意，这与典型图像传感器数字输出相反。所述数字输出通常包含像素值的多位二进制表示。本文中提供的具有与像素值成比例的性质的信号替代地可提供与像素值成比例地变化的性质。以此方式，可降低或消除对极为耗电的ADC、放大器、AGC和/或编解码器的需求。
一般来说，本文中所描述的系统可将极为耗电的模/数转换操作转移到接收器。因为模拟信号比数字信号更易受噪声影响，所以本文中所描述的实例可将模/数转换(ADC)过程拆分成两个阶段，一个阶段在反向散射发射器处(例如，摄像机处)执行，且一个阶段在接收器(例如，移动装置)处执行。这反向散射发射器(例如，摄像机)处，模拟像素电压可转换成振幅离散但时间连续的脉冲。此信号可经由反向散射从反向散射发射器发送到接收器。避免在无线链路中的振幅表示可提供更佳抗噪声度。接收器测量所接收的连续长度脉冲以产生指示原始像素值的二进制数字值。
本文中所描述的实例包含在不使用ADC的情况下将像素值直接提供到反向散射发射器。为进行此操作，可使用脉宽调制器将模拟像素值变换成具有不同脉宽的脉冲。在一些实例中，可使用无源斜变电路实施脉宽调制器。在接收器处将脉冲映射回到像素值。应注意，虽然本文中描述脉宽调制和脉宽调制器的实例，但可另外或替代地使用其它调制技术提供具有与像素值成比例的性质的信号，所述信号可用以控制反向散射发射器的开关。可使用的调制技术的实例包含但不限于脉冲频率调制和/或振幅调制。在一些实例中，可通过利用存在于典型图像的冗余提供帧内压缩。信号的带宽可与跨相邻像素的改变速率成比例，且由于视频往往会冗余，因此模拟信号的带宽可与帧中的冗余成反比。因此，通过连续发射像素，本文中所描述的实例可执行压缩并且减小无线带宽。在一些实例中，为达成帧间压缩，描述分布式算法，其可减小相机发射的数据，同时将大部分帧间压缩功能性委托给接收器。通常接着，反向散射发射器可在模拟域中对附近像素块执行平均化并且使用反向散射硬件发射这些平均化值。接收器可将这些平均值与来自前一帧的平均值进行比较并且仅请求平均像素值具有显著变化的块，因此减小后续视频帧之间的发射。
图1是根据本文中所描述的实例布置的系统的示意图。系统102包含载波信号源104、接收器106、反向散射发射器108、图像传感器112、反向散射发射器110和图像传感器114。在操作期间，载波信号源104发射载波信号。反向散射发射器108和/或反向散射发射器110可将含有相应地表示入射到图像传感器112和/或图像传感器114上的能量的像素值的载波信号反向散射到发射中。接收器106可接收来自反向散射发射器108和/或反向散射发射器110的发射。以此方式，可使用低功率反向散射发射技术发射(例如，流式传输)图像和/或视频。在一些实例中，所述发射可不需要电池蓄能并且可使用采集的能量。
可使用能够提供载波信号的任何电子装置实施载波信号源104。载波信号源的实例包含但不限于频率产生器、路由器、例如蜂窝电话或平板计算机等移动通信装置、计算机和/或笔记型计算机。载波信号源104通常可具有有线电源(例如，可插入于有线电源中)，不过在一些实例中，载波信号源104可为电池供电的。一般来说，载波信号源104可具有足以产生载波信号的电力。如本文中所描述，单个载波信号源可将载波信号提供到多于一个反向散射发射器。虽然在图1中示出单个载波信号源104，但在一些实例中，可使用任何数目个载波信号源。在一些实例中，载波信号源104可实施跳频技术，例如可使载波信号跳变。因此，在一些实例中，载波信号的频率可随时间改变。在一些实例中，载波信号可为单频信号(例如，单音信号)。在一些实例中，载波信号可为多频信号。
载波信号源104大体上包含RF组件，例如频率合成器和/或功率放大器，在反向散射发射器108和/或反向散射发射器110处则可不需要所述RF组件。以此方式，载波信号源104可为例如反向散射发射器108和反向散射发射器110等任何数目个反向散射装置提供RF功能。
载波信号源104提供的载波信号可以是可被反向散射发射器108和/或反向散射发射器110反向散射以形成包含像素值的反向散射信号的多种无线信号中的任一种。载波信号可以是连续波或协议特定载波信号(例如，蓝牙、Wi-Fi、ZigBee和/或SigFox信号)。在一些实例中，载波信号可以是扩频信号。在一些实例中，载波信号可以是跳频信号。在一些实例中，载波信号可以是连续波信号。在一些实例中，可根据接收器106被配置成接收的特定无线协议和/或频率和/或幅值和/或相位选择连续波信号的一或多个特性(例如，频率、振幅和/或相位)。在一些实例中，载波信号可以是单频音信号。在一些实例中，载波信号可为环境信号。环境信号的实例包含电视(TV)广播信号、WiFi信号、蜂窝信号或其组合。
在一些实例中，载波信号可为无数据信号。举例来说，可由接收器解码的数据可不编码在载波信号中。在一些实例中，可使用预先确定的数据信号实施载波信号。举例来说，载波信号可不编码有预先确定的和/或在载波信号源104处产生的数据。在一些实例中，载波信号可为非有效负载信号。举例来说，可由接收器106检测的数据有效负载可不包含在载波信号中。在一些实例中，载波信号可包含一或多个命令。举例来说，载波信号源104可将一或多个命令编码于载波信号中。反向散射发射器108和/或110(或耦合到图像传感器的另一装置)可解码所述命令，所述命令可用于例如开始和/或停止反向散射，和/或使图像传感器112和/或114接通和/或关断。
反向散射发射器108和反向散射发射器110可实施于需要通信能力的任何装置中，例如但不限于标签、例如蜂窝电话或平板计算机等移动通信装置、计算机和/或笔记型计算机。可实施具有反向散射通信能力的其它装置，包含但不限于传感器、佩戴式装置，例如相机、摄像机、手表、眼镜、隐形眼镜和/或医疗植入物。反向散射发射器可具有足够小的外观尺寸和低功率要求以便能够并入于任何对象中或附接到任何对象并且提供用于所述对象和/或与所述对象相关联的通信功能性。尽管图1中示出两个反向散射发射器，但应理解，可使用任何数目个反向散射发射器，包含一个反向散射发射器。在其它实例中，10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或更多反向散射装置可存在于图1的系统中。
一般来说，例如反向散射发射器108和反向散射发射器110的反向散射发射器用以向载波信号呈现变化的阻抗，使得例如载波信号在任何给定时间被反向散射发射器反射或吸收。以此方式，例如‘1’可指示反射，且‘0’指示吸收，或反之亦然，且载波信号可反向散射成携载数据的信号。因此，在一些实例中，可仅使用更改反向散射发射器的天线处的阻抗所需的能量通过反向散射提供携载数据的信号。以此方式，反向散射发射器可以比反向散射装置自身产生载波信号时更低的功率发射携载数据的信号。
本文中所描述的例如反向散射发射器108和反向散射发射器110的反向散射发射器通常可为超低功率装置。举例来说，本文中所描述的反向散射发射器可消除或减小对极为耗电的通信组件(例如，可存在于载波信号源104中的RF信号产生器、混频器、模/数转换器等)的需求。以此方式，本文中所描述的反向散射发射器可消耗数微瓦的功率来发射数据，这样可利用反向散射发射器的通信能力来改进组件(例如，相机)的电池寿命。反向散射发射器可执行数字基带操作，例如译码和/或调制。
反向散射发射器108和/或反向散射发射器110反向散射的反向散射信号可为使用反向散射发射器108和/或反向散射发射器110执行的子载波调制产生的信号。在一些实例中，反向散射信号的频率可从载波信号的频率频移。在一些实例中，可以使用相移和/或幅移键控将数据编码于反向散射信号中。在一些实例中，反向散射信号可基于由反向散射发射器108和/或反向散射发射器110执行的相移键控(例如，QPSK和/或BPSK)和/或幅移键控子载波调制。在一些实例中，系统中的不同反向散射发射器可在不同频移下反向散射和/或反向散射到不同频带中。以此方式，接收器可使用频分复用技术从系统中的多个图像传感器接收图像和/或视频。
一般来说，反向散射发射器108和110可根据一或多个图像传感器提供的像素值来反向散射载波信号。举例来说，反向散射发射器108可根据图像传感器112提供的像素值来反向散射载波信号。反向散射发射器110可根据图像传感器114提供的像素值来反向散射载波信号。在一些实例中，可使用脉宽调制器反向散射发射器产生的含脉冲波形将数据编码于反向散射信号中。脉宽调制器可将指示入射到图像传感器上的能量的模拟信号转换成含脉冲波形。含脉冲波形中的脉冲的宽度可指示入射到图像传感器上的能量(例如，指示像素值)。像素值通常可为任何数目个位，例如4位、8位、16位。像素值通常还可具有多种格式(例如，单色、RGB)中的任一个。
本文中所描述的例如反向散射发射器108、反向散射发射器110和/或载波信号源104等反向散射发射器和/或载波信号源可各自包含一个或多个天线。以此方式，可利用天线分集且可使用多输入多输出(MIMO)技术。举例来说，载波信号源104可基于无线信道跨多个天线分配载波信号，可改进从载波信号源104到反向散射发射器108和/或110到接收器106的无线信号传播。
在图1中示出图像传感器112和114。图像传感器可包含一或多个光电二极管和/或其它传感器，其可提供具有与入射到图像传感器上的能量(例如，像素值、像素亮度)成比例的性质的信号。举例来说，图像传感器可提供具有与图像的像素值成比例的性质的信号，所述像素值对应于入射到图像传感器上的能量。一般来说，可使用信号的性质且使所述性质与入射能量成比例。实例包含但不限于信号的电压、信号中的脉冲的脉冲持续时间。一般来说，图像传感器可提供指代连续信号的模拟信号，或具有各自与像素值成比例的一组离散模拟值的信号。举例来说，可提供指示入射到图像传感器的光电二极管上的能量的一或多个电压。应注意，在一些实例中，图像传感器元件(例如，光电二极管)的输出可具有有限动态范围(例如，在一些实例中，小于100mV，在一些实例中，小于150mV，在一些实例中，小于200mV)。在一些实例中，图像传感器自身可提供输出脉冲，其持续时间可与像素值(例如，像素亮度)成比例。应注意，此图像传感器输出可与提供像素值的多位表示的数字图像传感器输出相反。
在一些实例中，图像传感器可包含多个图像传感器元件(例如，光电二极管)和用于选择至少一个选择图像传感器元件以用于在给定时间进行输出的控制器。以此方式，可从图像传感器提供表示多个传感器元件的扫描的输出。图像传感器112和114可包含在例如相机和/或摄像机中。在图1的实例中，图像传感器112可提供输出到反向散射发射器108。反向散射发射器108可提供指示图像传感器112处的像素值的反向散射信号。图像传感器114可提供输出到反向散射发射器110。反向散射发射器110可提供指示图像传感器114处的像素值的反向散射信号。
应注意，在常规相机(例如，摄像机)中，常规方法可将光电二极管的输出提供到具有自动增益控制(AGC)的低噪声放大器(LNA)。AGC调整放大器增益以确保输出处于模/数转换器(ADC)的动态范围内。接下来，ADC将模拟电压转换成离散数字值。视频编解码器接着压缩这些数字值，接着在无线通信链路上发射这些数字值。
这类常规相机架构可能不支持超低功率装置。虽然包含光电二极管阵列的相机传感器可在低至1.2μW的功率下操作，但在一些实例中，在128×128分辨率下，放大器、AGC、ADC和压缩块通常使用高于几个数量级的功率。此外，在按比例缩放相机的分辨率和/或帧速率时，电力消耗加剧。
因此，本文中所描述的图像传感器的实例可提供具有对应于入射到图像传感器上的能量的像素值成比例的性质的信号。反向散射发射器可根据这些信号(例如，模拟信号)反向散射载波信号。在一些实例中，可由接收器106执行例如LNA、AGC和/或压缩等极为耗电的功能，从而缓解反向散射相机处的电力要求。
可使用能够接收例如反向散射发射器108和/或反向散射发射器110等反向散射发射器提供的无线信号的任何电子装置实施接收器106。一般来说，可使用任何电子装置(例如无线通信装置)实施接收器106，所述电子装置包含但不限于存取点、路由器、集线器、例如蜂窝电话或平板计算机的移动通信装置、计算机和/或笔记型计算机。在一些实例中，载波信号源104、接收器106和反向散射发射器108和/或反向散射发射器110可为物理上分开的装置。
接收器106可接收反向散射发射器提供的一或多个反向散射信号。反向散射信号可编码来自一或多个图像传感器的像素值。接收器106可解码所述像素值并且可存储所述像素值，和/或使用所述像素值显示图像和/或视频。在一些实例中，反向散射发射器108和/或110可在足以在接收器106处提供视频的实时重放的速率下提供反向散射信号。图像传感器112和/或114可收集视频帧(例如，图像)。可以足以允许接收器处的实时重放的速率反向散射视频帧的像素值。举例来说，可以足以使得在为在视频重放期间显示帧而分配的时间量内接收一个帧的所有像素值的速率来发射像素值。
虽然示出为与载波信号源104分开的装置，但在一些实例中，载波信号源104和接收器106可为集成的和/或可为相同装置。举例来说，在某一实例中，电子装置可包含多个天线。在一些实例中，一或多个天线可提供载波信号(例如用以实施载波信号源104)，而在一些实例中，不同于提供载波信号的那些天线的一或多个天线可接收一或多个反向散射发射器提供的反向散射信号(例如用以实施接收器106)。在一些实例中，载波信号源和接收器可集成到单个装置中。消除电路可设置在集成装置中以抑制(例如，消除)接收器处的载波信号。
在存在来自载波信号源104发射的载波信号的干扰的情况下，接收器106可接收从反向散射发射器108和/或反向散射发射器110提供的反向散射信号。在一些实例中，接收器106可使用专门化硬件(例如全双工无线电)消除此干扰信号，然而，在一些实例中，这可能并非所要的。在一些实例中，载波信号源104可提供由所要频道之外的频率组成的载波信号(例如单频音或多频信号)以用于反向散射发射器108和/或反向散射发射器110的发射。这可确保和/或辅助接收器106抑止来自载波信号源104的带外干扰。
在一些实例中，接收器106可实施于移动电话(例如，智能电话或其它装置)中。反向散射发射器可实施于意在由用户佩戴、携带或以其它方式携载的佩戴式装置(例如，佩戴式相机)中。在一些实例中，同一用户也可佩戴、携带或以其它方式携载接收器106(例如，移动电话)。因此，在一些实例中，反向散射发射器与接收器之间的距离可不超过用户上的两个点之间的距离。然而，在其它实例中，可使用其它距离且反向散射发射器和/或接收器可非佩戴式。
虽然在图1中示出单个载波信号源104，且在图1中示出单个接收器106，但可使用任何数目个载波信号源和/或接收器。在具有多个载波信号源和/或接收器的实例中，载波信号源和/或接收器可跨区域定位，以最大化和/或改进载波信号的空间覆盖率和/或用于接收反向散射信号的空间覆盖率。
图2是根据本文中所描述的实例布置的反向散射装置的示意性说明。反向散射装置200可用以实施例如图1的反向散射发射器108和/或反向散射发射器110反向散射装置200耦合到图像传感器202，并且包含子载波调制器204、有源RF 206、开关208和脉宽调制器210。
反向散射装置通常通过改变天线阻抗来操作。改变天线阻抗的效应可以理解为使得雷达横截面(例如，由天线反射的信号)也在不同状态之间改变。
通过使用开关(例如，开关208)，天线阻抗可在例如两个阻抗状态的不同阻抗状态之间切换。反向散射装置200的实例可使用如图2所示的两个阻抗状态产生反向散射信号。举例来说，开关208可连接到地或断开。然而，在一些实例中，可通过使开关208(或另一开关)在例如4或8个阻抗状态的任何数目个阻抗状态之间切换来使用额外阻抗状态。以此方式，可以向反向散射装置的天线呈现任何数目个阻抗。
在一些实例中，在多个阻抗状态之间切换可完全和/或部分地抑止来自反向散射信号的谐波分量。举例来说，为提供仅具有单边带的反向散射信号(例如，抑止镜射谐波)，可使用四个阻抗元件。在所述四个元件之间切换可允许反向散射装置将信号反向散射到一频率中而不产生处于另一频率下的镜像边带。举例来说，可以等于载波频率加差频的频率提供反向散射信号，而非还以等于载波频率减差频的频率提供反向散射信号。在一些实例中，可以等于载波频率减差频的频率提供反向散射信号，而非还以等于载波频率加差频的频率提供反向散射信号。
在本文中所描述的实例中，根据图像传感器提供的像素值切换天线阻抗。像素值可提供给脉宽调制器210。在一些实例中，图像传感器可提供具有与像素值成比例的性质的信号。然而，在一些实例中，可使用存储的数字像素值(例如，以反向散射录制的视频)。脉宽调制器210可提供含脉冲波形，其中脉冲的脉宽(例如，占空比)与像素值对应。在一些实例中，为提供安全性，反向散射发射器可具有安全密钥(例如，唯一伪随机序列)。可基于安全密钥另外调制含脉冲波形中的脉冲的宽度。安全密钥可为接收器已知并且用以使用类似操作解码所接收信号。
可使用子载波调制器204升频转换脉宽调制器提供的含脉冲波形。一般来说，反向散射装置200可在反向散射时转移载波信号的频率。举例来说，频率可从提供于所要发射信道之外的单频调移位到所要发射信道内的频率。频移信号可用以提供反向散射信号。一般来说，为了使载波信号的频率移位，开关208可以等于所要频移量的频率Δf进行操作。
举例来说，反向散射装置200可反向散射例如由图1的载波信号源104提供的单频音信号。单频音信号可写成sin2π(fbackscatter-Δf)t，其中fbackscatter是反向散射装置进行的Wi-Fi发射的所要频率，且Δf是反向散射装置执行子载波调制所使用的波形的频率。反向散射装置200可使用频率Δf下的方波使音调移位到fbackscatter。
因此，本文中所描述的包含图2的反向散射装置200的反向散射装置可提供反向散射信号，所述反向散射信号具有从载波信号的频率移位达差频的频率。差频可以是提供给子载波调制电路的波形(或包含在所述波形中)的频率。
在操作期间，图像传感器202可将用于通信的像素值提供到脉宽调制器210。脉宽调制器210可提供具有脉冲的波形，所述脉冲的宽度(例如，占空比)与像素值对应。所述波形可提供给子载波调制器204。波形的频率可选择为载波信号的频率与反向散射信号的所要频率(例如接收器可接收反向散射信号所处的频率)之间的差异。子载波调制的含脉冲波形可用以控制开关208将载波信号反向散射成编码有像素值的携载数据的信号。
一些实例反向散射装置可另外包含有源RF 206组件，使得在一个模式中，反向散射装置200可反向散射信号且具有低功率(例如，反向散射)操作，而在另一模式中，反向散射装置200可常规地利用有源RF 206发射无线通信信号(例如，产生装置自身的载波信号)。反向散射组件和有源RF 206可利用相同天线，如图2中所示，且在一些实例中，天线连接可通过控制电路(图2中未示出)在有源RF 206与子载波调制器204之间切换。在其它实例中，有源RF 206和子载波调制器204可利用不同天线。在一些实例中，有源RF 206可包含数字化从图像传感器202接收的模拟像素值的组件。
天线可连接到开关，所述开关在有源RF 206无线电与子载波相位调制器204之间进行选择。举例来说，可基于到载波信号源的接近度进行所述选择。在一些实例中，当反向散射装置在载波信号源的射程内时，可将相位调制器204耦合到天线以执行低功率反向散射信号。然而，当反向散射装置在载波信号源的射程之外时，天线可耦合到有源RF 206。
可使用一或多个光电二极管或用以提供指示入射到传感器上的能量(例如，像素值)的信号的其它传感器实施图像传感器202。在一些实例中，可使用可为相对低功率的额外电路组件调节图像传感器信号。
虽然图2中未示出，但反向散射装置200可包含例如电池和/或能量采集系统等电源。可使用锂离子电池实施电池。在一些实例中，另外或替代地，可提供能量采集组件来为反向散射装置200供电，所述能量采集组件包含但不限于用于采集太阳能、热能、振动能量或其组合的组件。电源可为图像传感器202、子载波调制器204和脉宽调制器210供电。在一些实例中，当比用以为那些反向散射组件供电的电源更大的电源可用(例如有线电源)时，可使用有源RF 206。在一些实例中，可使用RF能量采集器。RF能量采集器可包含天线和将传入的RF信号转换成低电压DC输出的整流器。DC-DC转换器可放大低电压DC以产生用于图像传感器和/或控制器的操作的电压电平。能量采集系统可用以为本文中所描述的反向散射装置和/或反向散射发射器供电。在一些实例中，能量采集系统可提供所有电力(例如，足够电力)以为反向散射发射完全供电而不使用额外(例如，电池)电力。在一些实例中，用能量采集系统为反向散射发射器供电可包含能量采集系统按需产生足以为反向散射发射供电的电力。在一些实例中，用能量采集系统为反向散射发射器供电可包含使用能量采集系统可为储能装置(例如，电池、电容器)充电，所述储能装置又用以为反向散射发射供电。在一些实例中，可用来自储能装置和/或其它有线或无线电源的电力补充来自能量采集系统的电力。
可使用可调整波形的相位、振幅或两者的电路实施子载波调制器204。在一些实例中，现场可编程门阵列(FPGA)可用以实施子载波调制器204。子载波调制器204可耦合到脉宽调制器210并且可从脉宽调制器210接收一或多个波形。子载波调制器204可耦合到开关208并且可将输出信号提供到开关208。
可使用用于更改呈现给天线的阻抗的任何电路例如晶体管实施开关208。开关208耦合于子载波调制器204与反向散射装置200的天线之间。在图2的实例中，使用晶体管实施开关208。可使用多种天线设计中的任一种。天线可在载波信号的频率和反向散射信号的频率中操作。由子载波相位调制器204提供到开关208的栅极的高输出信号相应地可使晶体管接通，向天线呈现低阻抗。由子载波相位调制器204提供到开关208的栅极的低输出信号相应地可使晶体管关断，向天线呈现高阻抗。开关208通常可在基带频率例如比提供给反向散射装置200的载波信号的频率低得多的频率下运行。在一些实例中，开关208可在50MHz或更低的频率下操作，不过在其它实例中，还可使用其它频率。
脉宽调制器210可将含脉冲波形提供到子载波调制器204。通常可使用包含但不限于方波、正弦波、余弦波、三角波、锯齿波、模拟信号、多电平信号或其组合的任何周期性波形。可使用硬件、软件或其组合实施脉宽调制器210。在一些实例中，可使用FPGA、数字信号处理器(DSP)和/或微处理器和可执行指令实施脉宽调制器210，以在所要频率下提供所要波形。在一些实例中，可使用将从图像传感器接收的像素值与参考波形进行比较的比较器实施脉宽调制器210。
在一些实例中，载波信号可以是跳频信号。子载波调制器204可提供具有一频率的波形，所述频率根据用以实施载波信号的跳频信号的跳变而跳变，使得反向散射装置200可反向散射跳频载波信号。举例来说，载波信号可以是跳频信号，其随时间推移具有频率序列。接收频率通常可以是固定的。因此，子载波调制器210可提供具有频率序列的波形，使得数据随时间推移以恒定接收频率发射，而不管载波信号的跳频如何。
可使用多种技术来选择用于波形的频率序列。在一些实例中，反向散射装置可经由下行链路从用于发射载波信号的载波信号源接收跳频载波信号的频率序列。在一些实例中，频率序列可以是已知的(例如，伪随机序列)。反向散射装置可包含存储器，所述存储器可存储跳频载波信号的频率序列和/或用于子载波调制器的频率序列，或其指示。
在一些实例中，本文中所描述的反向散射装置可包含耦合到用于感测载波信号的天线(例如，可使用的用以反向散射的天线)的频率确定电路。频率确定电路可感测载波信号的频率且计算载波信号的频率与反向散射信号的所要频率之间的差且将所述差的指示(例如，将用作波形频率)提供到子载波调制器，使得子载波调制器可以所指示的差频提供波形。
在频域中，除了所要基带信号之外，脉宽调制器210还可产生额外谐波，所述谐波含有输入信号的冗余副本并且可引起来自天线的电磁干扰(EMI)。然而，由于反向散射系统中的天线重新辐射的典型功率显著低于有源无线电发射的功率，因此来自反向散射系统中的基带PWM信号的谐波的所得EMI也可以是可忽略的(例如，小于-20dBm)。然而，本文中所描述的实例可包含至少部分地消除脉宽调制器210提供的脉宽经调制信号的EMI所生谐波的组件和谐波消除技术。在一些实例中，选择(例如，增加)脉宽调制器210的动态范围以减小所产生的谐波。举例来说，具有完整动态范围的PWM转换可产生比所要基带信号低约4dB的谐波。然而，如果动态范围增加到2倍，那么PWM谐波可减小到比基带低10dB。因此，在一些实例中，谐波抑制可以性能略微减小为代价。这可在一些实例中，当图像传感器可在靠近接收器的可重新辐射较高功率EMI的位置时使用。在这些较近距离处，性能可安全地换得谐波抑制。
另外或替代地，在一些实例中，可在子载波调制之后提供带通滤波器以抑止谐波和/或发射经滤波信号。本文中所描述的反向散射发射器可反向散射经滤波信号。
图3是根据本文中所描述的实例布置的实例脉宽调制器和子载波调制器。电路300包含输入波形302、无源元件304、比较器306和混频器308。可在其它实例中使用额外、更少和/或不同组件。在一些实例中，电路300可用以实施图2的子载波调制器204和/或脉宽调制器210。
输入波形302可为方波并且可提供给无源元件304以产生三角波。三角波可输入到比较器306的一个输入。可为比较器306的另一输入提供来自图像传感器的模拟信号(例如，具有与像素值成比例的性质的信号)。因此，可将图像传感器输出与三角波进行比较，从而在比较器306的输出处产生脉宽经调制信号。可通过使脉宽经调制信号与子载波信号混频来升频转换脉宽经调制信号。脉宽经调制信号可提供给混频器308的第一输入(例如，在图3的实例中为XOR门)。子载波信号(例如，子载波频率下的方波)可提供给混频器308的另一输入。混频器308可在其输出处提供升频转换的脉宽经调制信号。升频转换的脉宽经调制信号可用以反向散射载波信号(例如，可作为输入提供到反向散射开关，例如图2的开关208)。
可在频率f下提供输入波形302。在一些实例中，可通过图像传感器(例如，相机)的帧速率和/或分辨率确定输入波形302的频率。如图3中所示，输入波形302可为方波，不过可在其它实例中使用其它输入波形。
无源元件304可对输入波形302进行低通滤波以提供三角波形。无源元件304可相应地包含被布置成提供低通滤波器的一或多个电阻器、电容器和/或电感器。在图3的实例中，无源元件304包含耦合于输入波形302与无源元件304的输出之间的第一电阻器。第二电阻器和电容器彼此并行地提供于无源元件304的输出与参考电压(例如，地)之间。在一些实例中，反向散射装置可提供三角波形，且可不使用无源元件304。
比较器306可将来自图像传感器的像素值与三角波形进行比较。比较器306可当三角信号小于像素值时输出第一值(例如，零)，否则输出第二值(例如，一)。因此，比较器306提供的脉冲的宽度可随相机提供的像素值而改变。在一些实例中，较低像素值可具有较大脉冲持续时间，而较高像素值可具有较低脉冲持续时间。可选择三角信号的最小电压和最大电压以促进和/或确保相机像素输出在电压限制内。
电路300包含通过混频器308实施的子载波调制。图3中的混频器308用XOR门实施，不过可在其它实例中使用其它电路。可通过在Δf频率下操作的方波近似表示子载波。子载波和脉宽经调制输出信号提供给XOR门的相应输入以将PWM信号升频转换为频率偏移Δf。
本文中所描述的系统和装置的实例可使用帧间和/或帧内压缩技术另外支持使用反向散射发射器的图像和/或视频发射。图4是根据本文中所描述的实例布置的系统的示意性说明。系统400可包含图像传感器406、反向散射发射器410和接收器408。在一些实例中，系统400可用以实施图1的系统。图像传感器406可包含感测元件402和控制器404。接收器408可包含带通滤波器414、混频器416、同步查找器418、低通滤波器420、帧抽取器422和/或直方图均衡化424。可在其它实例中使用额外、更少和/或不同组件。
图像传感器406可包含感测元件402(例如，一或多个光电二极管，其可被布置成阵列)和控制器404。控制器404可控制对应于感测元件402的像素值输出和提供给反向散射发射器410的次序。举例来说，可以光栅扫描模式例如沿着感测元件的每一行和/或每一列从右到左(或反过来也如此)扫描像素值。还可使用其它模式。在一些实例中，可使用z字形模式(例如，在沿着一个行一个方向上，接着在相反的方向上沿着下一行)。
应注意，可在未经压缩视频的每一帧(例如，图像)的像素值中存在显著冗余。自然视频帧通常包含大于单个像素的对象，这意味着附近像素的色彩可高度相关。在对象的边界(例如，边缘)处，可发生较大像素变化，但在对象的内部，像素变化量可比理论最大值小得多。像素相关度的最终结果是表示自然图像所需的信息远小于最坏情况的最大值。本文中所描述的反向散射发射器的实例可直接发射模拟视频。应注意，模拟信号的带宽是随信号中所含的新信息而变。因此，本文中所描述的实例可实施z字形像素扫描，其中在奇数行中在一个方向上(例如，从左到右)扫描像素，且在偶数行中在相反的方向上(例如，从右到左)扫描像素。相邻像素可具有较小变化且因此所得信号将占用较少带宽，从而产生帧内压缩。与其中从一个行输出的最后一个像素不邻近于从下一行输出的第一个像素的光栅扫描模式相比，使用z字形扫描模式，从一个行输出的最后一个像素可更有可能类似于从下一行输出的为相邻像素的第一个像素。为实施z字形模式，控制器404可根据z字形模式选择感测元件402中的感测元件进行输出。输出值可提供给反向散射发射器410以进行如本文中所描述的脉冲宽度和/或子载波调制。反向散射发射器410可反向散射载波信号以将像素值提供到接收器408。
可在其它实例中使用其它可有利地引起连续输出可能类似的像素值的扫描模式。举例来说，在具有特定形状的对象(例如，人、建筑物)的场景中，控制器404可提供来自感测元件402的呈对象形状的模式的输出(例如，可在帧的其它部分之前扫描脸部、身体和/或建筑物的像素)。
除了单个帧内的冗余之外或替代地，像素值输出还可在连续帧之间具有显著冗余。本文中所描述的接收器的实例可提供用于帧间压缩的组件。举例来说，例如图像传感器406的图像传感器的实例可提供超像素输出。超像素输出可指一组相邻像素值的平均值。一般来说，帧可包含N×N像素阵列，其可划分成n×n像素的较小区段。对应于每一区段的超像素可为帧的n×n区段中的所有像素的平均值。超像素大小的实例包含3×3、5×5和7×7像素。还可使用其它实例，包含非正方形区段(例如，3×2或3×5)。图像传感器中使用的感测元件的实例包含输出与入射能量(例如，光)的强度成比例的电流和/或电压的光电二极管。图像传感器可提供缓冲级以将输出电流转换成输出电压。为计算超像素，图像传感器的实例可组合来自一组像素的电流并且接着在模拟域中，输出将组合的电流转换成电压输出。因此，图像传感器406可包含平均化来自像素群组(例如，来自感测元件402中的多个)的像素值的电路。反向散射发射器410可相应地反向散射对应于帧中的每一组像素的平均像素值的超像素值。
因此，代替发射整个N×N像素帧，反向散射发射器410可发射包含n×n大小的超像素的较低分辨率帧(例如，n×n块中的像素的平均值)。这类低分辨率帧可以被称作L帧。实例接收器可对所接收的L帧执行计算并且可实施改变驱动的压缩技术。举例来说，接收器408可实时地将传入L帧与先前接收的L帧进行比较。如果超像素值在帧之间的差异达大于预定阈值，那么接收器408可确定超像素已充分改变并且可请求反向散射发射器410发射对应于超像素的所有像素。如果差异不超过阈值，那么接收器408可使用对应于前一经重构帧的像素值合成新帧并且不为超像素请求新像素值。含有对应于充分改变的超像素的像素值的帧可以被称作超像素或S帧。除了发射S和L帧之外，反向散射发射器410还可周期性地发射未经压缩帧(I)以校正可在压缩过程中累积的潜在假象和错误。
可相应地使用多种帧和像素发射序列。在一些实例中，在数个未经压缩帧之间(例如，在两个未经压缩帧之间)，反向散射发射器可提供数目M个低分辨率帧L和含有对应于超像素的像素值的另一数目K个超像素帧S，所述超像素的值的差异大于连续低分辨率帧之间的阈值。在连续I帧之间发射的L和S帧的数目(M和K)可反映与完整分辨率帧的发射相关联的开销与压缩过程引入的假象和错误之间的折衷。在10fps HD视频流式传输的一个实例中，可在每80个L和S帧的发射之后发射I帧。可在其它实例中使用其它数目。
在图4中示出用以从本文中所描述的反向散射信号恢复发射的视频和/或图像数据的组件的框图。接收器408可用于例如实施图1的接收器106。带通滤波器414可用以将所接收能量滤波到受关注频率(例如，反向散射信号的频率)。混频器416可用以将信号降频转换到基带。在一些实例中，可使用正交降频转换混频器。同步查找器418可用以识别线和/或帧同步。举例来说，在一些实例中，所接收的降频转换数据可与13和11位巴克(Barker)码相关以找到帧同步和线同步。在定位帧和线同步脉冲之后，低通滤波器420可用以消除带外噪声。帧抽取器422可以对应于图像传感器的单个行中的像素数目的均匀间隔开的时间间隔划分行。可通过计算对应于PWM经调制信号的占空比的信号的平均电压来恢复像素值。恢复的像素值可依序布置成行和列以创建视频帧和/或图像。直方图均衡化424可用以调整帧的强度并且增强输出视频的对比度。可例如使用例如专用集成电路(ASIC)的电路和/或一或多个处理单元实施所示出的接收器408的组件。
可发现在多种应用中使用本文中所描述的系统、装置和方法的实例。举例来说，反向散射发射器可并入于安全性相机中以供在反向散射与监控视频相关联的像素数据时使用。在此主题中，可达成监控相机的低功率和/或无电池操作。在一些实例中，智能家庭应用中使用的图像和/或视频传感器可使用本文中所描述的像素数据反向散射系统、装置和方法。并入于门铃或其它家庭监视装置中的相机可根据本文中所描述的技术反向散射像素数据。
接收器的实例可分析所接收的图像和/或视频并且基于所接收的数据采取各种动作。举例来说，接收器可包含提供图像辨识或另一分析的其它系统和/或可与提供图像辨识或另一分析的其它系统通信。响应于识别个人和/或特定个人，接收器可提供用于发送警报、授权进出、当房间空时关断电力和/或采取另一动作的信号。
机器人和/或无人机的实例可使用本文中所描述的反向散射发射器提供机器人和/或无人机所捕获的视频和/或图像的低功率发射。所发射的图像可用以控制机器人和/或无人机。
植入装置的实例可使用本文中所描述的反向散射发射器。举例来说，吞咽丸剂可并入有本文中所描述的反向散射发射器并且可通过反向散射提供从人类或其它主体内所捕获的图像和/或视频。像素值可发射到接收器，所述接收器可放置成贴近已吞咽所述丸剂的患者和/或由已吞咽所述丸剂的患者佩戴。
实例实施方案
ASIC被模拟为相应地针对321μW和806μW的所展示60fps 720p和1080p HD视频流式传输是可能的。此转化为比现有数字视频流式传输方法低1,000x到10,000x的功率。经验结果还展示可收集足够能量以实现在高达8英尺下的无电池30fps 1080p视频流式传输。展示系统可在10fps到16英尺下成功地反向散射720p HD视频。
使用超低功率FPGA平台创建本文中所描述的实例系统实施方案。使用HD相机并提供给数/模转换器(DAC)。DAC提供指示像素值的模拟值。在其它实例中，可使用本身可提供具有与像素值成比例的性质的信号的HD相机。
在距接收器高达16英尺处以每秒10帧流式传输720p HD视频。在低于六英尺的距离处所接收的每一像素的有效位数(ENOB)大于7位。这实际上与源HD视频的质量相同。
与原始视频相比，使用帧间和帧内压缩技术使总带宽要求减小高达两个数量级。举例来说，对于10fps下的720p HD视频，实施的设计在平均情况和最差情况的情境视频中相应地使用仅0.98MHz和2.8MHz的无线带宽。
考虑像素阵列的电力消耗来评价ASIC实施方案。在720p HD下的视频流式传输的电力消耗针对60fps和30fps相应地为321μW和252μW。1080p全HD下的电力消耗在60fps和30fps为806μW和561μW。
实施的无线相机不包含极为耗电的ADC和视频编解码器。实施的无线相机包含图像传感器、PWM、用于相机控制和子载波调制的数字块、反向散射开关和天线。实施高清(HD)和低分辨率版本的无线相机。
使用提供对各个模拟像素的读出存取的112×112灰度级随机像素存取相机来构建低分辨率无线相机。数字控制块实施于MICROSEMI的低功率Igloo Nano FPGA上。图像传感器的模拟输出馈送到MAXIM的使用无源RC组件和NCX2200比较器构建的PWM转换器。在图3的PWM转换器设计中，高达13fps的视频帧率支持R1＝83KΩ，R2＝213KΩ且C＝78pF。提供PWM转换器的数字输出作为通到FPGA的输入，所述FPGA在1.024MHz下使用XOR门执行子载波调制并且通过模拟装置将子载波经调制PWM信号输出到ADG919，所述模拟装置使2dBi偶极天线在开路阻抗状态与短路阻抗状态之间切换。FPGA在反向散射之前将帧和线同步模式注入到帧数据中。长度为11和13的巴克码相应地用于帧和线同步模式。巴克码具有高自相关性质，这可辅助接收器在存在噪声的情况下更高效地检测所述巴克码。
为实施HD分辨率无线相机，存储各自持续1分钟的HD分辨率样本视频。使用USB接口将所录制的数字图像输出到在放大器之前的模拟转换器(DAC)，以模拟对应于在10fps下操作的HD质量图像传感器的电压电平。给定USB速度，达成10fps的最大帧速率。将电压输出提供给PWM转换器。对于高分辨率版本的无线相机，设置R1＝10KΩ，R2＝100KΩ且C＝10pF，并且在PWM转换器中使用德州仪器公司(Texas Instruments)的LMV7219比较器。数字块和系统的剩余组件与本文中所描述的低分辨率无线相机相同，不同之处在于子载波频率设置为约10MHz以避免和/或减小混叠。
针对一系列视频分辨率和帧速率实施本文中所描述的反向散射发射器的专用集成电路(ASIC)实施方案。ASIC将图像传感器、PWM转换器、数字核心、振荡器和反向散射调制器集成于小硅芯片中。在TSMC 65nm LP CMOS过程中执行一个实施方案。
为支持更高分辨率和更高帧速率视频，简单地增加振荡器、PWM、转换器和数字核心的操作频率。作为实例，在60fps下的360p使用在数字核心、PWM转换器和反向散射开关中消耗总计42.4μW的10.4MHz输入时钟，而60fps下的1080p视频使用在数字核心、PWM转换器和反向散射开关中消耗408μW的约124.4MHz输入时钟。为消除混叠，使用等于每一情境的输入时钟的子载波频率。
接收器实施于Ettus Research的USRP X-300USRP软件定义的无线电平台上。接收器使用具有两个6dBi圆极化天线的双静态雷达配置。发射天线连接到发射单音信号的UBX-160子板。使用RF5110 RF功率放大器将USRP的输出功率设置为30dBm。接收天线连接到配置为接收器的另一UBX-160子板。接收子板将PWM经调制的所反向散射RF信号降频转换到基带并且以10Msps进行取样。经由以太网接口将数字样本发射到PC。
高清无线相机装置部署于实验空间中并且设置为将23dBm发射到6dBi贴片天线中。接收器与无线相机之间的距离从4英尺到16英尺，且相机设置为使用本文中所描述的PWM反向散射通信反复流式传输15秒长的视频。在10fps下流式传输720p分辨率视频且将像素值经编码为单色格式的8位值。在接收器处记录无线接收的视频并且测量信噪比(SNR)，且依据此，在接收器处计算有效位数(ENOB)。
在距读取器高达6英尺处，达成大于7的ENOB，这转化成使用本文中所描述的PWM反向散射技术流式传输的视频的质量的可忽略降级。
从前述内容应了解，虽然在本文中已出于说明的目的描述具体实施例，但在保持于所主张的技术的范围内的情况下可做出各种修改。
本文中所描述的实例可指“耦合”的各种组件或“提供给特定组件”或“从特定组件接收”的信号。应理解，在一些实例中，组件将一个组件直接耦合到另一组件，而在其它实例中，组件与安置于其间的中间组件耦合。类似地，信号可在无中间组件的情况下直接提供到所述组件和/或直接从所述组件接收，但也可通过中间组件提供给特定组件和/或通过中间组件从特定组件接收。

Claims (30)

1.一种设备，其包括：
图像传感器，所述图像传感器被配置成提供指示入射到所述图像传感器上的能量的信号；
脉宽调制器，所述脉宽调制器耦合到所述图像传感器并且被配置成将指示入射到所述图像传感器上的能量的所述信号转换成含脉冲波形，其中所述含脉冲波形中的脉冲的宽度指示入射到所述图像传感器上的所述能量；
天线；
开关，其耦合到所述脉宽调制器和所述天线，所述开关被配置成控制所述天线处的阻抗以根据所述含脉冲波形反向散射入射到所述天线上的载波信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述图像传感器包括光电二极管且其中指示入射到所述图像传感器上的能量的所述信号包括电压信号。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述含脉冲波形中的所述脉冲的占空比与所述电压信号成比例。
4.根据权利要求1所述的设备，其另外包括子载波调制器，所述子载波调制器被配置成使用与所述载波信号的频率偏移升频转换所述含脉冲波形。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述图像传感器包括被配置成在帧速率下操作的相机，且其中所述脉宽调制器包括比较器，所述比较器被配置成从所述相机接收所述帧速率下的三角波和像素值，所述比较器被配置成当像素值小于所述三角波时输出第一值并且当所述像素值大于所述三角波时输出第二值。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述图像传感器包括相机且其中指示入射到所述图像传感器上的能量的所述信号包括指示像素值的信号，其中所述相机被配置成以z字形扫描模式提供指示像素值的信号。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述图像传感器包括相机且其中指示入射到所述图像传感器上的能量的所述信号包括指示超像素的信号，所述超像素包括帧中的像素集的平均像素值。
8.一种系统，其包括：
图像传感器，其被配置成提供具有与图像的像素值成比例的性质的信号，所述像素值对应于入射到所述图像传感器上的能量；
反向散射发射器，其被配置成通过根据所述像素值反向散射入射到所述反向散射发射器上的载波信号来提供反向散射信号；
载波信号源，其被定位成提供所述载波信号；和
接收器，其被配置成接收所述反向散射信号并且解码所述像素值。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述性质包括电压。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述性质包括持续时间。
11.根据权利要求8所述的系统，其另外包括能量采集系统，且其中所述反向散射发射器被配置成使用来自所述能量采集系统的能量反向散射所述载波信号。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述能量采集系统提供足以为所述反向散射发射器供能的能量。
13.根据权利要求8所述的系统，其中所述载波信号源包括跳频源。
14.根据权利要求8所述的系统，其中所述图像传感器包括摄像机且其中所述反向散射信号以足以供所述接收器对视频进行实时重放的速率提供。
15.根据权利要求8所述的系统，其中所述载波信号源被另外配置成将命令提供到所述反向散射发射器、所述图像传感器或其组合。
16.根据权利要求8所述的系统，其中所述反向散射发射器被配置成将具有与像素值成比例的所述性质的所述信号转换成含脉冲波形，其中所述含脉冲波形中的脉宽与所述像素值对应。
17.根据权利要求8所述的系统，其中所述反向散射发射器被配置成以反向散射频率提供所述反向散射信号，其中所述反向散射频率从所述载波信号的频率移位。
18.根据权利要求8所述的系统，其中所述反向散射信号包括超像素，且其中所述接收器被配置成将多个超像素帧进行比较并且当所述多个超像素帧的差异大于阈值量时请求整个帧的至少一部分。
19.根据权利要求8所述的系统，其另外包括额外反向散射发射器，其中所述反向散射发射器和所述额外反向散射发射器被配置成将所述载波信号反向散射到不同频带中。
20.一种方法，其包括：
提供载波信号；
提供含脉冲信号，所述含脉冲信号的脉冲的宽度与像素值对应；和
根据所述含脉冲信号反向散射所述载波信号以发射图像数据。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述载波信号包括跳频信号。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述载波信号包括环境TV信号、WiFi信号或其组合。
23.根据权利要求20所述的方法，其另外包括使用安全密钥调制所述含脉冲信号。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述安全密钥包括伪随机序列。
25.根据权利要求20所述的方法，其中提供所述含脉冲信号包括使用包含所述像素值的模拟表示的信号。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述像素值的所述模拟表示以z字形扫描模式提供。
27.根据权利要求25所述的方法，其中提供所述含脉冲信号包括将所述像素值的所述模拟表示与周期性波形组合。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述周期性波形包括帧速率下的三角波。
29.根据权利要求20所述的方法，其中反向散射所述载波信号包括执行子载波调制以使反向散射信号的频率从所述载波信号的频率移位。
30.根据权利要求20所述的方法，其另外包括：
对来自图像传感器的信号进行脉宽调制以提供所述含脉冲信号；和
至少部分地消除所述脉宽调制产生的谐波信号。
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