JP2007295490A - 可視光通信装置および可視光受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の光源がカメラで撮影された範囲内にあった場合でも、高価なデバイスを搭載することなく、特定の光源からデータを受信できるようにする。
【解決手段】可視光受信装置１は、可視光送信装置のデータ送信タイミングに同期してデータの検出、受信を行う。受信された固有データ、グループ識別データ、タイトルデータにより、どの受光素子の受光エリアにどの送信装置が存在するかを検出する。受信装置１は、１つの受光素子の受光エリア内に複数の送信装置の存在が検出され、そのうちのいずれかの送信装置からのデータを受信する場合には、可視光受光部３において、該当受光素子の受光エリアの中心への光軸合わせ、複数の送信装置のいずれか１つからのデータが受信できるまで、またはユーザーにより選択された送信装置からのデータが受信できるまで、段階的にズームアップを行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の可視光通信光源からデータを受信する可視光受信装置および可視光受信方法に関するものである。

可視光通信は、目に見える光（波長範囲：約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を使用して通信を行う技術である。現在、照明光源としては電球、蛍光灯が広く用いられているが、近年、蛍光灯などの照明と比べ長寿命、小型、低消費電力と言った特性を持つＬＥＤ（発光ダイオード）を照明光源として利用する研究が行われている。ＬＥＤの発光効率は蛍光灯に近づいてきており、次世代の照明として、電球、蛍光灯と置き換わって行くものと期待されている。ＬＥＤは高速な点滅が可能であり、ＬＥＤが照明として普及し高速な光の点滅による変調がかけられるようになれば、それらの照明を可視光通信のデータ通信装置として利用することが可能となる。通信速度は照明光源に使用されるＬＥＤや受光素子であるフォトディテクタの応答速度、Ｓ／Ｎなどに依存するが、近年の研究開発の状況では数Ｍｂｐｓ以上のスループットも得られている。

可視光通信は、人の目に見える可視光を使用するため送信しているデバイスがすぐに分かり、また通信できるエリアが分かり易い、可視光が人体に対し安全であるため高い電力で送信を行うことができる、電波法による帯域の制限が無いため高速な無線通信に適用できる、至るところに設置されている照明装置に通信装置としての機能を加えることによりユビキタスなワイヤレス通信環境を構築できる、従来の携帯電話や無線ＬＡＮなどを使用した無線通信で問題のあった電磁波による電子機器への影響がない、などの利点がある。

可視光通信に関する従来技術としては特許文献１に記載の通信システムがある。特許文献１では、送信装置／受信装置間の光信号をパラレル化し、より高速な光通信を行うことが提案されている。

また、フォトディテクタ以外の受光デバイスとして携帯電話機などの撮像デバイスを利用した技術もある（特許文献２）。これによると、撮像部で撮影しているエリア内にある発光源が特定のパターンで点滅をしているときに、時間軸方向に並ぶ複数の画像信号から光源の発光パターンのパターンマッチングを行い、発光領域を特定するステップと、特定された位置に任意の画像を貼り付けるステップを持つ画像処理装置が提案されている。これによって例えば携帯電話機のカメラなどで発光源を連続的に撮影することで、画面上の発光源を特定し、データを抽出することができる。
特開２００１−２９２１０７号公報 特開２００２−２６２１８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の通信システムでは、可視光通信の光源と受光素子が１対１、もしくは１対多で対応させてデータの受信を行うものであり、複数の光源が１つの受光素子の受光エリア内にあるときには、複数の信号が重なってしまうためデータの検出、受信ができない。

また、特許文献２のように、受光デバイスとして携帯電話機などの撮像デバイスを利用した場合は、カメラの撮像部のフレームレートにデータレートが依存してしまい、携帯電話機に搭載されているＣＭＯＳカメラなどではフレームレートが３０ｆｐｓ（フレーム／秒）程度であり、この場合最大でも３０ｂｐｓ以下でしかデータレートが得られないため、大きなデータを扱うことが難しい。ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラは、通常携帯機器に組み込まれて使われる場合には３０ｆｐｓ程度のものが使用される。数百ｆｐｓといった高速のＣＭＯＳカメラも実現されているが、高価であることや、携帯機器で動画を記録するには３０ｆｐｓ程度で十分であることや、携帯機器に取り付ける場合は小さいレンズでＦ値（絞り値）が大きいために露光を長くして光量を稼ぐ必要があること、といった理由のためである。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、フレームレートの低いカメラの撮像部と可視光通信に用いられる受光部との安価な組み合わせによって、カメラで撮影したエリア内の複数の光源からデータを受信することができる可視光受信装置および可視光受信方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の可視光受信装置は、被写体を撮像する撮像手段と、複数の受光素子から構成され、前記撮像手段の周辺に配置された受光手段と、該受光手段の受光素子が受光する光から信号を取得する取得手段と、前記撮像手段が撮像した被写体を表示するとともに、該表示のエリアを複数のエリアに分割可能な表示手段と、前記分割した表示手段の各エリアと、前記受光手段の受光素子と、を対応付けて記憶する記憶手段と、前記分割した表示手段のエリアが指定されると、前記記憶手段に基づいて、前記取得手段が前記指定されたエリアに対応する前記受光素子が受光する光から信号を取得するように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。前記制御手段は、前記受光素子が受光する光が複数あるために前記取得手段が信号を取得できない場合は、１つの光が前記受光素子の受光範囲内となるまで前記受光手段をズームアップして前記取得手段が信号を取得するように制御することが好ましい。

また、本発明の可視光受信方法は、被写体を表示するエリアを複数のエリアに分割し、分割した各エリアと受光素子との対応付けを行い、前記分割したエリアが指定されると、前記分割した各エリアと受光素子との対応付けに基づいて、指定されたエリアに対応する前記受光素子が受光する光から信号を取得するように制御することを特徴とする。受光する光が複数あるために信号を取得できない場合は、１つの光が前記受光素子の受光範囲内となるまでズームアップして信号を取得するように制御することが好ましい。

本発明は、複数の光源がカメラで撮影された範囲内にあった場合でも、高速ＣＭＯＳカメラなど高価なデバイスを搭載することなく、特定の光源からデータを受信することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。可視光通信システムは、データを送信する複数の可視光送信装置とデータを受信する可視光受信装置とから構成される。図１は、本発明の可視光送信装置のブロック図である。可視光送信装置２０は、ＧＰＳ受信部２１、タイミング作成部２２、制御部２３、記憶部２４、送信データ入力部２５、符号化部２６、ＬＥＤ２７から構成される。

ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、時間情報をタイミング作成部２２へ出力する。タイミング作成部２２は、送信に必要な同期タイミングを作成し、制御部２３へ出力する。記憶部２４は、送信するデータを保持しており、制御部２３は、送信データを送信データ入力部２５へ出力する。送信データ入力部２５は、入力された送信データを所定のタイミングで符号化部２６へ出力する。符号化部２６は、入力されたデータに対して通信に必要な誤り訂正符号化などを行い、ＬＥＤ２７へ出力する。ＬＥＤ２７は、入力されたデータに応じて点滅を行い、データの送信を行う。

全ての可視光送信装置は、ＧＰＳ受信部２１が得た時間情報に基づき、同じタイミング、同じ速度でデータを送信する。また、近隣に位置する複数の可視光送信装置はグループ化され、各可視光送信装置は、自分が送信したい固有データ以外にグループ識別データ、グループ内の各送信装置に対応するタイトルデータを送信する。なお、グループ化された複数の可視光送信装置は、同じタイミングでデータを送信するので、ＧＰＳ受信部２１およびタイミング作成部２２を共有化することが可能である。グループ化される送信装置の最大数はあらかじめ決定されるものとする。また、グループ化される送信装置の数が最大数に満たない時には、最後のタイトルデータの後ろにＥＮＤフラグを設け、ＥＮＤフラグ以降の部分にはＡＬＬ”０”のデータを入れるものとする。

図３に送信データのフォーマットを示す。固有データ（送信装置ＡならＡのタイトルデータを含む詳細データ）、グループ識別データ、タイトルデータで送信データの１フレームが構成される。タイトルデータは送信装置が送信するデータの内容や種類を簡潔に示すもので、例えば施設の名称（「○○○バス停」、「居酒屋△△△」など）や情報の種類（「住所、位置情報」、「××行き時刻表」など）程度のものとする。送信装置Ａの送信するデータ内の送信装置Ａのタイトルデータ部分はＡＬＬ“１”になっている。送信装置Ｂが送信するデータ内の送信装置Ｂのタイトルデータ部分もＡＬＬ“１”になっている。送信装置Ｃ〜Ｆについても同様である。

図２は、本発明の可視光受信装置のブロック図であり、図４は、携帯電話機の外観図である。本実施の形態では、可視光受信装置として携帯電話機を例示して説明する。可視光受信装置１は、撮像部２、可視光受光部３、光軸制御部４、ズーム制御部５、画像処理部６、可視光データ処理部７、無線通信部またはＧＰＳ受信部８、タイミング作成部９、制御部１０、記憶部１１、表示部１２、操作部１３から構成される。

無線通信部またはＧＰＳ受信部８は、無線通信部が、基地局からの信号を受信して得られた時間情報をタイミング作成部９へ供給し、またはＧＰＳ受信部が、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し得られた時間情報をタイミング作成部９へ供給する。タイミング作成部９は、無線通信部またはＧＰＳ受信部８からの時間情報を取得し、データ受信に必要な同期信号を生成し、制御部１０へ供給する。これにより、制御部１０は、送信装置からの送信データに同期してデータ受信を行うことが可能となる。

可視光受光部３は、受光素子上に被写体像を導く受光レンズを有し、撮像部２の周辺に近接して配置される（図４参照）。可視光通信機能の起動時（初期状態）においては、可視光受光部３は、撮像部２の撮像レンズと光軸、画角を同じく設定されることにより、撮像部２の撮像素子に投影されるものと同じ被写体像が、可視光受光部３の受光素子群にも投影されるように構成される。図５は、可視光受光部と撮像部のレンズの光軸、画角が同じであることを説明する図である。可視光受光部３は、可視光線（波長範囲：約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を受信する複数の受光素子を有する。撮像部２による撮影画面の区分エリアと受光素子とは、対応付けて記憶部１１に記憶されている。各受光素子は、可視光通信機能の起動時（初期状態）において、記憶部１１に記憶されている撮影画面の区分エリアと受光素子との対応付けの情報に基づいて、撮像部２による撮影画面の区分エリアと１対１に対応するように配置される。例えば、図６に示す表示部撮影画面のエリア区分にあるエリア１内に表示される可視光光源からの光は、撮影画面の区分エリアと１対１に対応するように配置された図７の受光素子１’によって受信される。

可視光通信が開始されると、制御部１０は、撮像部２から画像処理部６を介して得られる画像データを表示部１２に出力する。図８は、表示部に出力される画像データの一例を示す図である。ここで、表示部１２は、制御部１０から出力される画像データや、操作部１３によって操作されるアイコン、ボタン、光源から取得したデータなどの表示を行う。

さらに、可視光送信装置（可視光通信の光源）からの光が可視光受光部３で受光されると、可視光データ処理部７で復号され、復号された受信データは制御部１０へ出力される。制御部１０では受信データの復号結果を記憶部１１に記憶するとともに、可視光光源からデータを受信している受光素子に対応する撮影画面の区分エリアに、受信データから得られたタイトルデータを表示する。

図９は、可視光データ処理部におけるデータ処理の流れを説明する図である。可視光受光部３は、光源からの光を受光し、可視光データ処理部７へ出力する。可視光データ処理部７は、可視光受光部の各受光素子から入力された信号を２値化し、受光素子ごとに１フレーム分のデータを復号する。図８において、光源Ａ〜Ｆは近隣に存在する光源としてグループ化されている。この例では、光源Ａと光源Ｂが１つの受光素子（図７の受光素子：４’）の受光エリア内に存在し、光源Ｃと光源Ｄが１つの受光素子（図７の受光素子：５’）の受光エリア内に存在し、光源Ｅは単独で１つの受光素子（図７の受光素子：６’）の受光エリア内に存在し、また光源Ｆが単独で１つの受光素子（図７の受光素子：７’）の受光エリア内に存在する。

それぞれの受光素子から受信されるデータを図１０に示す。光源Ａと光源Ｂからの光を受光する受光素子４’の受信データは、光源Ａと光源Ｂの送信データが重なるため固有データの部分とタイトルデータのａ、ｂの部分が受信できなくなる。タイトルデータのａ、ｂの部分が受信できず、グループ識別データとタイトルデータのｃ、ｄ、ｅ、ｆの部分が受信できることから、受光素子４’のエリアに光源Ａと光源Ｂが存在することがわかる。

光源Ｃと光源Ｄからの光を受光する受光素子５’の受信データは、光源Ｃと光源Ｄの送信データが重なるため固有データの部分とタイトルデータのｃ、ｄの部分が受信できなくなる。タイトルデータのｃ、ｄの部分が受信できず、グループ識別データとタイトルデータのａ、ｂ、ｅ、ｆの部分が受信できることから、受光素子５’のエリアに光源Ｃと光源Ｄが存在することがわかる。

また、受光素子４’の受信データからｃ、ｄのタイトルデータが得られ、受光素子５’の受信データからａ、ｂのタイトルデータが得られるため、受光素子４’に対応する撮影画面の区分エリアにａとｂのタイトルデータの表示が可能となり、受光素子５’に対応する撮影画面の区分エリアにｃとｄのタイトルデータの表示が可能となる。光源Ｅからの光を受光する受光素子６’では、光源Ｅからの送信データがそのまま（全てのタイトルデータを含めて）受信され、光源Ｆからの光を受光する受光素子７’では、光源Ｆからの送信データがそのまま（全てのタイトルデータを含めて）受信される。

このように、複数の光源が１つの受光素子の受光エリア内に存在する場合でも、同じグループ内の光源が他の受光素子で受信されることにより、複数の光源を受信する受光素子に対応した撮影画面の区分エリアにタイトルデータを表示することができ、ユーザーによるタイトルの選択が可能となる。図１１は、表示部１２の撮影画面のエリアにタイトルデータを表示した状態を示す図である。

グループ化された光源のうち、複数の光源が１つの受光素子の受光エリアにあり、かつ、それらの光源のみが撮影画面の範囲内にある場合には、受信データからは、光源のタイトルデータは得られない。その場合には、制御部１０は、光軸制御部４、ズーム制御部５を動かし、複数光源からの光を受光している受光素子の受光エリアの中心に可視光受光部３の光軸を向け、同じグループの他の光源からのデータか、または該当複数の光源のいずれかの送信データ（光源Ｘの送信データが受信できれば、光源Ｘの固有データからタイトルデータｘが得られ、その他の光源のタイトルデータも得られる）が受信できるまで可視光受光部３を段階的にズームアップし、各受光素子からのデータ受信を行う。タイトルデータ取得後は、撮像部２の撮像素子に投影されるものと同じ被写体像が、可視光受光部３の受光素子群にも投影されるように、可視光受光部３の光軸、画角を元の状態に戻す。

なお、ある光源が複数の受光素子にまたがって検出され、その光源が単独で検出される受光素子がある場合には、その受光素子に対応した撮影画面の区分エリアにタイトル表示を行う。例えば、光源Ｘが２つの受光素子にまたがって検出され、さらに一方の受光素子において光源Ｘ以外に検出される光源があるときは、光源Ｘのみが検出される他方の受光素子に対応した撮影画面の区分エリアにタイトル表示を行う。

また、ある光源が複数の受光素子にまたがって検出され、その光源が単独で検出される受光素子が無い場合には、その光源が最初に検出された受光素子に対応する撮影画面の区分エリアにタイトル表示を行う。例えば、光源Ｘが２つの受光素子にまたがって検出され、さらに両方の受光素子において光源Ｘ以外に検出される光源があるときは、受光素子を１’、２’３’４’・・・とスキャンし、光源Ｘが最初に検出された受光素子に対応する撮影画面の区分エリアにタイトル表示を行う。

また、ある光源が複数の受光素子にまたがって検出され、その光源が単独で検出される受光素子が複数ある場合には、その光源が最初に検出された受光素子に対応する撮影画面の区分エリアにタイトル表示を行う。例えば、光源Ｘが２つの受光素子にまたがって検出され、さらに両方の受光素子において光源Ｘ以外に検出される光源がないときは、受光素子を１’、２’３’４’・・・とスキャンし、光源Ｘが最初に検出された受光素子に対応する撮影画面の区分エリアにタイトル表示を行う。

次に、制御部の動作を説明する。図１２は、制御部の動作を説明するフローチャートである。

ユーザにより可視光受信装置が起動されると、制御部１０は、撮像部２を起動して表示部１２に撮影画面の表示を行い（ステップ１０１）、さらに受光部３を起動する（ステップ１０２）。次に、受光素子群の受光エリア内に光源が存在するかどうかを判断し（ステップ１０３）、光源が存在しない場合は光源からのデータの受信を終了する。光源が存在する場合は、各受光素子で1フレームのデータを受信する（ステップ１０４）。次に、タイトルを取得できない光源があるかどうかを判断し（ステップ１０５）、タイトルを取得できない光源がある場合には、制御部１０は、光軸制御部４を動かして該当受光素子の受光エリアの中心に可視光受光部３の光軸を向け（ステップ１０６）、ズーム制御部５を動かし、タイトルが取得できるまで可視光受光部３を段階的にズームアップする（ステップ１０７、ステップ１０８）。タイトルを取得できない光源がない場合には、表示部１２にタイトルを表示する（ステップ１０９）。

可視光受信装置のユーザーは、操作部１３での入力により、図１１に示す表示部１２の撮影画面に表示されるカーソル３１などを操作し、詳しい情報を取得したいタイトル３２を選択する（ステップ１１０）。制御部１０は、タイトルが選択されると、対応するデータの受信が１フレームで完了しているかどうかを判断し（ステップ１１１）、完了している場合には、即座に対応する受信データを記憶部１１から読み出し、表示部１２へ出力する。データ受信が完了していない場合には、選択されたタイトルに対応する光源から単独で受光可能であるかを判断し（ステップ１１２）、単独で受光できる場合、即ち撮影画面区分エリア内に１つのタイトルがある場合は、可視光データ処理部７へ選択されたタイトルに対応する光源からのデータ受信を指示し、受信完了とともに、得られた受信データを表示部１２へ出力する（ステップ１１３）。

単独で受光できない場合、即ち複数の光源からの光を受光している受光素子に対応する撮影画面区分エリア内のタイトルが選択された場合には、制御部１０は、光軸制御部４を動かして該当受光素子の受光エリアの中心に可視光受光部３の光軸を向け（ステップ１１４）、ズーム制御部５を動かし、選択されたタイトルに対応する固有データの受信ができるまで可視光受光部３を段階的にズームアップする（ステップ１１５、ステップ１１６）。受信が完了したら、制御部１０は、得られた受信データを表示部１２へ出力する。ユーザー操作によりデータの保存が選択されれば、制御部１０は、目的のデータのみを記憶部１１に保存し、受信の過程で得られたデータは破棄する。

本発明は、複数の光源が１つの受光素子の受光エリア内にある場合でも、光源の検出、光源に対応したタイトル表示が可能であり、光源が検出された撮影画面の区分エリアに、光源に対応したタイトルを表示することにより、ユーザーが情報を得たい光源を容易に選択できる。

また、本発明は、可視光送信装置に、１つの受光素子で複数の光源からのデータ受信を可能とするための変調機能が必要ないため、送信装置を安価に製造できる。また、可視光受信装置において、復調機能が必要ないため、可視光受信機能の搭載によるコストアップ、消費電流増大が抑えられる。

本発明の可視光送信装置のブロック図である。 本発明の可視光受信装置のブロック図である。 送信データのフォーマットを示す図である。 携帯電話機の外観図である。 可視光受光部と撮像部のレンズの光軸、画角が同じことを説明する図である。 表示部撮影画面のエリア区分を示す図である。 撮影画面の区分エリアと１対１に対応するように配置された受光素子群を示す図である。 表示部に出力される画像データの一例を示す図である。 可視光データ処理部におけるデータ処理の流れを説明する図である。 受光素子から受信されるデータを示す図である。 表示部の撮影画面のエリアにタイトルデータを表示した状態を示す図である。 制御部の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 可視光受信装置
２ 撮像部
３ 可視光受光部
４ 光軸制御部
５ ズーム制御部
６ 画像処理部
７ 可視光データ処理部
８ 無線通信部またはＧＰＳ受信部
９ タイミング作成部
１０,２３ 制御部
１１ 記憶部
１２ 表示部
１３ 操作部
２０ 可視光送信装置
２１ ＧＰＳ受信部
２２ タイミング作成部
２４ 記憶部
２５ 送信データ入力部
２６ 符号化部
２７ ＬＥＤ
３１ カーソル
３２ タイトル

Claims (4)

1. 被写体を撮像する撮像手段と、
   複数の受光素子から構成され、前記撮像手段の周辺に配置された受光手段と、
   該受光手段の受光素子が受光する光から信号を取得する取得手段と、
   前記撮像手段が撮像した被写体を表示するとともに、該表示のエリアを複数のエリアに分割可能な表示手段と、
   前記分割した表示手段の各エリアと、前記受光手段の受光素子と、を対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記分割した表示手段のエリアが指定されると、前記記憶手段に基づいて、前記取得手段が前記指定されたエリアに対応する前記受光素子が受光する光から信号を取得するように制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする可視光受信装置。
2. 前記制御手段は、前記受光素子が受光する光が複数あるために前記取得手段が信号を取得できない場合は、１つの光が前記受光素子の受光範囲内となるまで前記受光手段をズームアップして前記取得手段が信号を取得するように制御することを特徴とする請求項１に記載の可視光受信装置。
3. 被写体を表示するエリアを複数のエリアに分割し、分割した各エリアと受光素子との対応付けを行い、前記分割したエリアが指定されると、前記分割した各エリアと受光素子との対応付けに基づいて、指定されたエリアに対応する前記受光素子が受光する光から信号を取得するように制御することを特徴とする可視光受信方法。
4. 受光する光が複数あるために信号を取得できない場合は、１つの光が前記受光素子の受光範囲内となるまでズームアップして信号を取得するように制御することを特徴とする請求項１に記載の可視光受信方法。
   
   

Images