JP2018511192A - 光学的に符号化された情報を提供するためのシステムと方法 - Google Patents

Abstract

ビデオカメラを備える携帯型機器のような読取装置の視野方向内で、実質的に遠く離れた距離においてアドレス可能で読取可能な、能動的な光学的機械可読タグ（すなわち光タグ）が提供される。一方で低周波数光搬送波に関係するフリッカを、人が殆ど認識できないレベルまで低減しながら、実際の使用に十分な高いデータレートでの非同期通信を容易にする、能動的な光タグおよびそのためのカメラベースの読取装置のための方法とシステムが提供される。光タグは１次元（線形）または２次元（平面的）に配置される発光素子のアレイとして形成されてもよい。そのアレイは大型表示ユニットの一部として実施されてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、符号化された情報に関するものである。詳細には、本発明は能動的な光学的に符号化されたタグおよびそのカメラベースのセンサのためのシステムと方法に関する。

近年、物理的なオブジェクトおよびシーンとのユーザ関与を改善するために、ますます多くの様々な技術、例えば、携帯機器用のソフトウェアアプリケーションを使用するなど、が使用されている。このような「環境に敏感な」アプリケーションは、通常、外部ソース（例えば、インターネット）からオブジェクト関連コンテンツを取り出し、それをユーザに提示する。現実世界の移動体関与は、一般に、以下の２つのうちの１つで起こる：情報コンテンツが位置に基づいて送達される（「プッシュ」相互作用）か、または、オブジェクトとの相互作用時にユーザに送達され（「プル」相互作用）、それによりユーザは彼らが消費する情報コンテンツに対し完全な支配を与えられる。

「プッシュ」指向型アプリケーションの展開に利用可能ないくつかの携帯機器用測位技術が存在する（例えば、ＧＰＳなど）が、多くの屋内および屋外のシナリオでは、「プル」指向型アプリケーションは依然として実用的ではない。これは主に、現在の移動体関与技術が、指向性ターゲティング、動作範囲、および基本的なセキュリティに関して固有の限界を有しているためである。具体的には、これらの技術は、近距離無線通信規格（ＮＦＣ）による短い動作範囲、離れた距離からクイックレスポンス（ＱＲ）コードで検出するのに十分な大きさを有するタグ、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）Ｌｏｗエネルギー（ＢＬＥ）通信で距離の情報は提供するがオブジェクトへの方向性は提供しないか、のいずれかを必要とする。画像認識もまた、通常、高いレイテンシからの問題を受け、そしてオブジェクトが一意に識別されないため、問題を起こす可能性がある。

屋内外の環境で効果的に働くプル型相互作用では、対象オブジェクトは、オブジェクトに接近する必要なく、ユーザの現在の位置からターゲット設定できる必要がある。また、ユーザは、彼らがターゲット設定する正確なオブジェクトに関する情報を取得できる必要がある。たとえば、不動産プロジェクトに関するプロモーション情報をその場所を運転して通過するときに入手し、また遠くの場所からビルボード広告を見ながら割引クーポンを取得するなどである。

本発明の目的は、実質的に遠く離れた距離において、読取装置の視野方向内でアドレス指定可能で読取可能な、能動的な光学的機械可読タグ（すなわち光タグ）を提供することであり、ここでその読取装置は、ビデオカメラを備える携帯型機器である。

本発明の他の目的は、一方で低周波数光搬送波に関係するフリッカを人が殆ど認知できないレベルまで低減しながら、実際の使用に十分な高いデータレートでの非同期通信を容易にする、能動的な光タグおよびそのためのカメラベースの読取装置のための方法とシステムを提供することである。

クラウドサーバ通信を有する光タグからなる、情報を搬送するためのシステムおよび方法が提供される。ここで読取装置は光タグの固有識別子コード（ＵＩＤ）を受信し、それにより、その光タグおよびその光タグに取り付けられた実世界のオブジェクトに関連するデジタル情報を搬送する。

したがって、本発明の好ましい実施形態によれば、機械可読情報を搬送するためのシステムが提供され、そのシステムは、発光素子のアレイを含む光タグと、ここで少なくとも１つの発光素子が、所定の基準クロック信号を発光し；光タグに動作可能に接続され、発光素子からの発光の変調を可能にするように構成されたコントローラと；光タグによって搬送される情報の検出を可能にするように構成された受信装置と；を有し、ここで変調は発光素子の照明方式を制御するように構成され、検出された情報は、基準クロック信号を使用して同期され、発光の変調は、毎秒３０回の変化よりも速く、実質的に人間の目では認識されない、照明の変化を提供する。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、機械可読情報を伝達する方法が提供され、その方法は、発光素子のアレイで光信号を発光するステップと、ここで少なくとも１つの発光素子は基準クロック信号を発光し；発光素子からの発光を変調するステップと、それにより変調された情報を運ぶ信号を搬送することができ；変調信号を受信し検出するステップと；基準クロック信号を使用して検出信号を同期させるステップと；そして受信信号を復号するステップと；を有し、ここで変調は実質的に人間の目では認識されない。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、機械可読情報を伝達する方法が提供され、この方法は、発光素子のアレイで光信号を発光するステップと；発光素子からの発光を変調するステップと、それにより差分符号化で変調された情報を運ぶ信号を搬送することができ、；変調された信号を受信し検出するステップと；２進クロック信号を位相符号化するステップと；そして受信信号を復号するステップと；を有し、ここで変調は実質的に人間の目によっては認識されない。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、複数の画素を有し、異なる波長で照明可能なビデオ表示装置で機械可読情報を搬送するシステムが提供され、このシステムは：ビデオ表示装置内の画素の、少なくとも１つの明確なクラスタと、ここで少なくとも１つの画素が所定の基準クロック信号を発光し；画素の明確なクラスタに動作可能に結合され、その画素からの発光の変調を可能にするように構成されたコントローラと；そして、その画素のクラスタにより搬送される情報の検知を可能にするように構成される受信装置と；を有し、ここにおいて変調は画素のクラスタの照明波長スキームを制御するように構成され、その検知された情報は、基準クロック信号を使用して同期され、発光の変調は、毎秒３０回の変化よりも速く、実質的に人間の目では認識されない、照明時間の変化を提供する。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、異なる波長で照明することができる複数の画素を有するビデオ表示装置で機械可読情報を搬送するシステムが提供され、このシステムは、ビデオ表示装置内の画素の、少なくとも１つの明確なクラスタと；その画素のクラスタに動作可能に接続され、その画素からの発光の差分符号化による変調を可能にするコントローラと；その画素のクラスタによって搬送される情報の検出を可能にするように構成された受信装置と；を備え、ここで変調は、画素クラスタの照明波長スキームを制御するように構成され、発光の変調は、毎秒３０回の変化よりも速く、人間の目によっては実質的に認識できない照明時間の変化を提供する。

さらに、本発明の好ましい実施形態によれば、機械可読光タグが提供され、それは、発光素子のアレイと、ここで少なくとも１つの発光素子が所定の基準クロック信号を発光し；少なくとも１つの発光素子の発光方式を制御するように構成されるコントローラと；を有し、ここで変調は、少なくとも１つの発光素子の照明スキームを制御するように構成され、そして発光の変調は毎秒３０回の変化よりも速く、人間の目によっては実質的に認識できない照明時間の変化を提供する。

本発明と見なされる主題は、明細書の結論部分において特に指摘され明確に主張される。しかしながら、本発明は、その目的、特徴、および利点と共に、構成および動作方法の両方に関して、以下の詳細な説明を添付の図面とともに読むことにより最もよく理解することができよう。
本発明の一実施形態による、機械可読情報を搬送するためのシステムを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、光タグの発光素子の異なる形状のアレイのいくつかの表現を概略的に示す図である。 図３は、本発明の一実施形態による、サブアレイおよびマルチＬＥＤ発光素子のいくつかの概念を概略示す図である。図４は、本発明の一実施形態による、ビデオ表示装置によって投影されたビデオストリームにおいて、投影された光タグが実現される配置を概略的に示す図である。 図５は、本発明の一実施形態による、光タグの送信プロセスを示すフロー図である。図６は、本発明の一実施形態による、光タグによって送信され、受信側で復元されたビットストリームを示すブロック図である。 図７は、本発明の一実施形態による、９つのＬＥＤのアレイを概略的に示す図である。図８は、本発明の一実施形態による光タグによって搬送されるデータパケットの任意の構造を示す図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤが細長い一片に沿って配置された線形光タグの概略図である。 本発明の一実施形態による、空間に特定の平面を画定するために使用される線形光タグを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、受信機装置の位置を決定するために使用される位置決めされた光タグを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、送信機での時間的ビットシーケンスの基本的な符号化と、受信機によって処理された符号化された信号を概略的に示す図である。 図１３は、本発明の一実施形態による、単一のＲＧＢ ＬＥＤの２つの補色チャネルを使用して送信される時間的ビットシーケンスを概略的に示す図である。図１４は、本発明の一実施形態による、相補チャネル方式を使用する場合の、完全に露光したデータブロックの２つの可能な表現を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、冗長な、位相シフトされた色チャネルを使用して送信される時間的ビットシーケンスを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、偶数サイクル逆変換およびそのフリッカ軽減への寄与を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、クロックレス送信において単一のデータチャネルによって搬送される、差分符号化を使用して符号化されたビットシーケンスを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、クロックレス送信において差分符号化を使用して搬送されるビットシーケンスが、受信機側で回復されることを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、低周波数搬送波に関連するフリッカを低減する手段としての色の相補ペアを示す図である。 本発明の一実施形態による、タグ送信を復号するときに受信機が使用する基本手順のブロック図である。 本発明の一実施形態による、冗長な位相シフトされたチャネルを使用して送信された信号を復号するときに、受信機によって使用されるロジックのブロック図である。 本発明の一実施形態による、家庭外（ＯＯＨ）広告の分野における光タグの可能な実用例を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、店頭小売（Ａ）および展示（Ｂ）に関連する、線形光タグを使用して可能にされた２つの実用例を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、読取機装置がタグの視野方向内に配置されていない光タグ装置を概略的に示す図である。説明を簡潔かつ明確にするために、図面に示された要素は必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解される。例えば、いくつかの要素の寸法は、明瞭化のために他の要素に対して誇張されているかもしれない。さらに、適切であると考えられる場合、対応するまたは類似の要素を示すため、参照番号が図面の間で繰り返し使用される。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者には、本発明の実施形態がこれらの特定の詳細なしに実施され得ることが理解されるであろう。他の例では、本発明の実施形態を不明瞭にしないために、周知の方法、手順、および構成要素については詳細に記載していない。

本発明のいくつかの実施形態によれば、能動的な光学的機械可読タグ（すなわち光タグ）は可視光通信（ＶＬＣ）を使用して動作してもよい。ＶＬＣは、１つまたは複数の発光素子によって発光される光ビームのユビキタスコンピューティングによる変調を介して、デジタル情報が無線で送信されることを可能にすることが理解される。例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）は５００ＭＨｚで信号を送信し、またいくつかのＬＥＤはより高速な周波数でも送信してもよい。

しかしながら、受信機の光センサとして市販の携帯型カメラを使用すると、いくつかの問題に直面する可能性があり、それはほとんどの場合、低サンプリングレートに関連し、ここでサンプリングレートはほとんどの現行の携帯機器では通常は毎秒約３０フレームである。主な懸念事項は、低周波数の光振動は人間の目には邪魔なフリッカ（ちらつき）として知覚され、低ビットレートは許容できないほど長い送信時間をもたらし、そして受信機（すなわちカメラ）は送信機（すなわち光タグ）と同期できない、点であることが理解される。

本発明のいくつかの実施形態では、単一の発光素子または、通常ある形状のアレイに分布する複数の発光素子を有する光タグが提供される。発光素子の少なくともいくつかは、それぞれが異なる波長の光を発光する隣接するサブ発光素子を有してもよいことが理解される。

本発明の一実施形態による、機械可読情報を搬送するためのシステム、一般的にシステム１００と呼ばれる、を概略的に示す図１を参照する。システム１００は、複数の発光素子を有する光学的機械可読タグ（光タグ）１０１と、光タグ１０１の読取機として動作する携帯機器１０２と、そして携帯機器１０２と通信する外部コンピュータ化装置１０３を有する。携帯機器１０２は、タグを読み取るための手段（例えば、カメラ）を有する任意のコンピュータ化された装置、例えば、携帯電話、タブレット、デジタルカメラ、ラップトップ、スマート時計などの装着型装置、他の携帯型コンピュータ化装置、またはそれらの組み合わせでよいことが理解される。さらに、外部コンピュータ化装置１０３は、携帯型機器１０２とネットワーク（有線または無線）通信し、処理手段およびメモリ手段を有する、ＰＣ、サーバ、データベース、またはそれらの組み合わせなどの任意の装置であってもよいことが理解される。

いくつかの実施形態では、外部コンピュータ化装置１０３は、携帯機器１０２からのデータの処理を可能にするように構成されてもよい。例えば、外部コンピュータ化装置１０３は、携帯機器１０２と無線通信するクラウドベースのサーバであってよい。いくつかの実施形態では、光タグ１０１の発光素子は単一の２次元アレイに配置されてもよい。

いくつかの実施形態では、光タグ１０１は、ユーザ１０５および携帯機器１０２の視野方向内にある接触可能オブジェクト１０４に接続されてもよい。携帯機器１０２は、市販のビデオカメラを有してもよく、ユーザ１０５は、機械可読情報１０６を読み取るために、光タグ１０１の方向にビデオカメラを向ける。機械可読情報１０６は、複数の発光素子からの光ビームの変調を介して搬送されてもよいことが理解される。

前記ビーム変調は、十分に高い搬送波周波数を使用することによって、平均的な人間の目にとってはほぼ均一な照明として現れる（無視できる認知可能フリッカを有するか、または認知可能フリッカが全くない）ことが理解される。しかし、対応する機械可読情報は、市販の携帯型カメラのフレームレート（典型的には、毎秒約３０フレーム）と同一の低い周波数（またはレート）で搬送されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、光タグ１０１の発光素子は単色ＬＥＤであり、ここで発光素子は多色ＬＥＤであってもよい。各ＬＥＤは、少なくとも３つの原色（典型的には、赤、緑および青）で発光してもよい。後述するように、商業的に入手可能な携帯カメラに搭載される画像センサによって、その発光の波長が検出可能である限り、赤外線（ＩＲ）ＬＥＤを光タグ１０１とともに使用されてもよい。本明細書で開示される光タグ１０１は、単色光または多色光を発光することができる任意のタイプの光源を使用してもよく、その強度は非常に高いレートで変化してもよいことが理解される。別段の指定がない限り、ＬＥＤという用語は以後発光素子を示すために使用される。

いくつかの実施形態によれば、光タグ１０１の発光素子は、そのすべてが、対応するおよび／または同一の情報を送信する、いくつかのＬＥＤのクラスタであってもよい。この特徴は、発光素子が、単一のＬＥＤを使用して実現可能なものより大きい、領域をしめ、および／またはビーム強度を有するように設計されている場合に特に有用であり得る。同様に、発光素子は、ＴＶセット、コンピュータ、携帯型機器などに見られる種類のビデオ表示装置内の発光画素の別個のクラスタであってもよい。

いくつかの実施形態によれば、光タグ１０１によって搬送される機械可読情報１０６は、少なくとも１つの固有識別子コード（ＵＩＤ）１０７を含んでもよい。読取装置１０２は、ＵＩＤを使用して、外部コンピュータ装置１０３に保管されるタグに特異のコンテンツを、例えば無線ネットワーク接続を介して、取り出す。いくつかの実施形態では、ＵＩＤがハードコードされてもよく、それにより、各光タグ１０１が明示的に識別され、したがって、模造または複製の試みに対する抵抗性を達成してもよい。

光タグ１０１の様々な発光素子から発光される変調された光ビームは、いくつかの間接的な経路を介して、読取装置１０２の画像センサに到達することが理解される。例えば、光線は、最も遠い反射面の視野方向内に位置する読取装置１０２に達する前に、１つ以上の連続する反射面によって偏向されてもよい。複数の受信機１０２が、その最も遠い反射表面に対して異なる角度に配置されたときに、光タグ１０１の情報１０６を読み取ることができるために、その最も遠い反射表面はある程度拡散性を有してもよい。

いくつかの実施形態によれば、光タグの読取装置と通信するクラウドサーバは、光タグのＵＩＤを受信し、それによって、その特定の光タグに関連するデジタルコンテンツおよび／またはそのデジタルコンテンツの適切な使用に関する指示を、読取装置に返信してもよい。いくつかの実施形態では、クラウドサーバは、光タグが埋め込まれているシーンに関する、および／または読取装置に関連する、および／または読取装置を操作するユーザに関連する、追加の情報を光タグの読取装置から受信してもよい。そのような情報は、ＵＩＤと共にサーバによって処理され、それによりサーバが、読取装置を操作するユーザの好みおよび／または光タグの所有者の好みに一致するデジタルコンテンツを読取装置に返信してもよい。

本発明のいくつかの実施形態による、光タグ１０１の発光素子２０２の異なる形状のアレイ２０１ａ〜２０１ｆのいくつかの表現を概略的に示す図２を参照する。多色ＬＥＤは、通常、３原色（赤色、緑色、青色）を発光し、したがって、以下でさらに説明するように、単純オン・オフ・キーイング（ＯＯＫ）を使用して、 ２進情報の最大３つまでの離散ストリームまたはチャネルを搬送することができることが理解される。

光タグ１０１のアレイ（またはサブアレイ）に埋め込まれたＬＥＤ２０２の数およびＬＥＤの空間的分散は、光タグ１０１の公称読取り距離および望ましいビットレート（すなわち、送信スループット）などの様々な設計パラメータに基づいて決定され得ることが理解される。設計上の考慮事項は、光パルスが受信機携帯機器１０２の画像センサ上に有する投影の寸法（画素単位）を支配する光学的効果を含んでもよい。したがって、読取装置のアルゴリズムがＬＥＤ２０２によって搬送される信号を識別することを可能にするために、隣接するＬＥＤ投影の過度の重なりを避けることが望ましい。

したがって、全体的なビットレートと光タグ１０１の寸法との間にはトレードオフが存在し得る。いくつかの実施形態では、スループットを最大にしながら光タグ１０１の寸法を最小にすることが望ましい。ＬＥＤ２０２の単一の色チャネルによる実現可能なビットレートは、受信装置のサンプリングレート（例えば、毎秒約３０フレーム）によって制限されることがあるので、１つのアレイ内のＬＥＤ２０２の数は実際には重要な設計パラメータであり得る。多くの実用的用途では、３×３ＬＥＤアレイは、形状因子とスループットの点で実用的な選択肢である。限定されないが、１，２，４，５，７，９，１６または１７等の任意の数の発光素子２０２が、光タグ１０１の各アレイまたはサブアレイ内に空間的に配置されてもよい。

図３は、本発明のいくつかの実施形態による、サブアレイおよび多重ＬＥＤ発光素子２０２のいくつかの概念を概略的に示す図である。いくつかの実施形態では、光タグ１０１のＬＥＤアレイは、それぞれが例えば４つのＬＥＤ２０２からなる９つのサブアレイ３０１を含んでもよい。このようなサブアレイ３０１は独立したデータパケットを搬送してもよく、したがって光タグ１０１は、９つの異なる情報部分を同時に搬送してもよい。選択肢として、サブアレイ３０１のすべてのＬＥＤ２０２は、同一の信号を送信するように構成され、従って各サブアレイ３０１をより強い光源を提供する「単一の」発光素子にする。後者の場合は、市販のＬＥＤの寸法および／または照明パワーが、特定のタグ設計の要求に対して不十分である場合に有用であり得る。

いくつかの実施形態では、光タグ１０１は、内部（外部）コントローラを含むことができる。このコントローラは、以下にさらに説明する信号符号化方式の１つまたは複数を使用して情報を搬送するために、光タグ１０１の各ＬＥＤの各サブ発光素子によって発光される光の強度を変調してもよい。送信プロトコルは、光通信のために使用される様々な信号操作技術をさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態によれば、デジタルデータを搬送波の有無として表す、オンオフキーイング（ＯＯＫ）がＬＥＤの発光を変調するのに使用されてもよい。すなわち、特定の原色（例えば、赤色、緑色または青色）の所定の強度の光パルスは、そのチャネルにおいて「１」シンボルを表し、光の欠如は「０」シンボルを表す。しかし、限定されないが、振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）のような他の符号化方式を用いて、ＬＥＤの発光を変調してもよい。

本明細書で使用される「チャネル」の概念は、典型的な携帯カメラが、ＲＧＢ ＬＥＤによって発光される波長に似た波長に感応性を有する別個の赤色、緑色および青色光センサ（または色フィルタ）を組み込んでいるという事実に依存していることが理解される。したがって、カメラベースのタグ読取装置は、単一のＬＥＤの３つの異なる色素子によって送られた３つの異なる信号を検出し評価することができる。これにより、１つのＲＧＢ ＬＥＤは、３つの別個のデータチャネルを同時に送信するものと見做すことができる。選択肢として、色彩コントラストを改善し、クロスチャネルエラーを低減するために、色彩の正規化が実行されてもよい。

本発明のいくつかの実施形態による、ビデオ表示装置４００（または反射スクリーン上に投影されるビデオプロジェクタ）によって投影されるビデオストリーム内において、投影された光タグ４０１が具体化される、配置を概略的に示す図４を参照する。各発光素子２０２は、タンデムで動作するＲＧＢ画素のクラスタであってもよく、それにより投影された光タグ４０１が生成される、ことが理解される。

光タグ１０１の情報を運ぶデータパケットは連続的に送信されてもよく、それにより１つのデータパケットの終わりに続いて、第２の、連続した同一のデータパケットの始まりが来ることが理解される。詳細には、同一のパケットは反復的に送信され、それによりあるパケットの末尾部分に次のパケットのヘッダが続く。いくつかの実施形態では、連続するデータパケットの一部分のみが同一であり、一方他の部分（例えば、セキュリティコード）は、以下にさらに説明するように、時間と共に変化してもよい。

いくつかの実施形態では、光タグ１０１に対して外部の、何らかのウェイクアップ信号の検出に続いて、限定された数のデータパケットまたは単一のパケットさえも送信されてもよい。例えば、読取装置により開始されたカメラのフラッシュのバーストは、少なくとも１つのデータパケットの送信を開始してもよい。このような開始は、光タグ１０１がバッテリ駆動され、エネルギーが保存されなければならない場合に特に有用であり得ることが理解される。

いくつかの実施形態では、光タグ１０１の情報は、単一のデータパケットまたはいくつかの独立した有限長のデータパケットに配列されてもよい。独立したデータパケットは、光タグ１０１の送信面にわたって異なる位置に配置されたＬＥＤの別々のクラスタ（またはサブアレイ）を使用して送信されてもよい。以下では、１つのデータパケットの送信に対する参照は、１つのクロック、またはいくつかの同期化されたクロック信号に基づく、複数の独立したデータパケットの同時送信を意味することを理解されたい。

いくつかの実施形態では、対応するサブアレイ、例えば（図３に示す）サブアレイ３０１内の少なくともいくつかのＬＥＤ２０２の間で１つのデータパケットの送信を分割するために、時空間多重化が使用されてもよい。それゆえ、各ＬＥＤ２０２は、共通のクロックに基づいて他のすべてのＬＥＤと同時に、データの一部を送信してもよい。例えば、２４ビットデータパケットは８つの単色ＬＥＤを用いて符号化され、各ＬＥＤは、３つの連続するクロックサイクルの間に３つの連続する２進数字を送信してもよい。

いくつかの実施形態によれば、光タグの有効視野角は、ＬＥＤタイプのビーム角度（例えば、半分の強度の空間角）に基づいてＬＥＤタイプを選択することによって限定されてもよい。例えば、空間内の局部的な領域に情報を伝える方向性光タグの構築のために、および／またはより長い有効距離を得るために、レーザダイオード発光素子が使用されてもよい。

図５は、本発明のいくつかの実施形態による光タグ１０１の送信プロセスを示すフロー図である。光タグ１０１の情報を運ぶビットストリーム５０１は、ＬＥＤ２０２によって送信される前に、時空間符号化装置５０２を用いて符号化されてもよいことが理解される。

２進信号のストリームを光搬送波の３つの次元、すなわち時間的、空間的および色彩的次元にマルチプレクスすることができる多くの方法が存在し得る。１つの基本的なアプローチは、送信されるべきデータパケットを「Ｎｐ」個のデータブロック５０３にスライスし、それにより各データブロックが空間的に符号化され、そしてアレイ（またはサブアレイ）のすべてのＬＥＤを使用して送信される。データブロックは、受信装置（例えば、カメラ）の典型的なフレームレートに一致するレートで、ＬＥＤの変調された光ビーム５０４を介して連続的に送信される。選択肢として、全てのデータブロックが送信されたならば、データパケット全体が送信されてもよい。

図６は、本発明のいくつかの実施形態による、光タグ１０１によって送信され、受信装置側で復元されたビットストリーム５０１を示すブロック図である。ＬＥＤの変調された光ビーム５０４は、一連の少なくとも「Ｎｐ」個の連続するビデオフレーム６０１にわたって、受信機携帯機器の画像センサによって最初に記録されてもよいことが理解される。送信プロトコルは、光タグ１０１により送信されたすべてのデータブロックが、その連続するビデオフレーム６０１の少なくとも１つによって取り込まれることを保証し、ここで送信の性質は非同期であってもよい。オリジナルデータパケットからなるビットストリーム５０１は、その後、「Ｎｐ」個のビデオフレーム６０１を使用して復号装置６０２によって復元されてもよい。いくつかの実施形態では、全体的な実際の送信エラーレベルによって、より多くの数のビデオフレーム６０１が使用されてもよい。

データパケットに含まれる情報は固定でも、時間と共に変化してもよいことが理解される。その情報はまた、異なるソースを起源とすることもあり得る：情報の一部は、光タグのメモリに永久的に記憶されてもよい。情報の他の部分は、温度センサまたは圧力計のようないくつかの内部または外部構成要素によって、光タグのコントローラに渡されてもよい。情報のさらに他の部分は、セキュリティ目的および／または光タグの認証のために使用される時間依存変数であってもよい。情報のさらなる部分は、エラー回復メカニズムに関係してもよい。

いくつかの実施形態では、光タグの２進情報は、受信側で一定のレベルのエラー回復を可能にするために、実際の送信に先立って特定のエラー訂正コードを使用して変換されてもよい。エラー訂正コードは、「ＢＣＨコード」、「リードソロモンコード」、「ターボコード」、「ハミングコード」などを含むことができるが、これらに限定されない。

いくつかの実施形態によれば、ビデオカメラ、処理ユニット、および互換性のあるタグ読取アルゴリズムを有する、光タグに対応する読取装置が提供される（例えば、図６に示すように）。いくつかの実施形態では、読取装置は、たとえば専用タグ読取装置アプリケーションを実行するための、スマートフォンなどの（限定するものではないが）カメラ搭載携帯機器であってもよい。

光タグによって送信された情報を読む場合、専用のタグ読取アルゴリズム（読取装置に組み込まれている）は、カメラの画像センサに対し、一連の連続するビデオフレームを取り込み、これらの画像を読取装置のメモリに格納するように指示してもよい。取り込まれた連続するフレームの数は、光タグによって送信されたデータパケットの少なくとも１つのインスタンスの２進データを含むのに十分なほど大きくなければならないことが理解される。

読取装置がタグ（またはその最も遠い反射面）をターゲットとして、光タグの視野方向内に配置される場合、受信装置によって取り込まれる各フレームは、そのフレームの露光時間中にＬＥＤによって発光された単色または多色の光パルスの投影を含んでもよい。いくつかの実施形態では、専用タグ読取アルゴリズムは、露光が送信プロトコルの要件に従っていることを確実にするために、カメラの設定（シャッタ速度など）を制御してもよい。

いくつかの実施形態では、光パルスは、少なくとも１つの色チャネルにおいて増大した輝度を有する画素のクラスタとして、受信装置の画像センサによって記録されてもよい。クラスタの寸法及び形状、並びに色相及び輝度分布は、光源（例えば、ＬＥＤ）の照度、光源と受信装置（例えば、カメラ）との間の距離及び角度、受信機の光学系およびそれらの設定、大気効果、周囲光などのような種々の要素に依存してもよい。

いくつかの実施形態では、ＬＥＤによって発光されるカラーパルスの照明強度は、人間の目を邪魔しない照明を提供するために変調されてもよい。なぜなら、類似の強度のいくつかの色は、観察者には異なって見えるからである。

専用タグ読取アルゴリズムは、フレームの露光時間中に発光された光パルスのすべての投影を検出するために、一度取り込まれた、一連の連続ビデオフレームを分析してもよい。パルス検出は、コンピュータの視覚および物体の認識に特化したアルゴリズムに基づいてもよく、そのアルゴリズムは、色、形状および間欠性などのＬＥＤ投影の異なる特性を、ＬＥＤ投影を画像の背景と区別するために利用することができる。

図７，８は、それぞれ、本発明のいくつかの実施形態による、９つのＬＥＤアレイを有する光タグ７００と、光タグ７００によって搬送されるデータパケットの選択肢としての対応する構造とを示す図である。この例では、光タグ７００は９個のＬＥＤを含み、各ＬＥＤは単一のデータチャネルを送信していることが理解される。同じデータパケットの構造が、いくつかの小さな変更を加えて、他の任意の数のＬＥＤに適用されてもよい。

この例のデータパケットは、「Ｎｐ」個のデータブロック７０７からなることが理解されよう。データパケットは、３つの部分に分割することができる：第１のデータブロック（「ブロック１」）７０７によって表されるヘッダ部７０１（または開始フレームデリミタ）、（Ｎｐ−２）個のデータブロック７０７によって表されるペイロード（または本体）部分７０２、そして最後のデータブロック（「ブロックＮｐ」）７０７によって表されるトレーラ部分７０３を含む。各ブロックは、受信装置カメラのフレームからフレームへの単一の期間中のＬＥＤ発光によって搬送されることが理解できる。いくつかの実施形態では、ヘッダ部７０１は、複数のデータブロックを含んでもよく、そして同様にトレーラ部７０３は、複数のデータブロックを含んでもよい。通常の受信装置カメラのフレームレートよりも大幅に高い光タグの搬送波周波数に適応するために、通常、いくつかの同一のデータブロックが、受信装置カメラのそれぞれのフレームからフレームへの期間中に送信されてもよいことが理解される。

ヘッダ部７０１は、パケットのペイロード部分７０２の送信の開始を示す。ヘッダ部分７０１は、復号装置がヘッダマークとして解釈することができるいくつかの実行不能なビット配列から構成されてもよい。ヘッダ部分７０１はまた、特別な識別コード（例えば、バーカー配列コード）を含んでもよい。さらに、ヘッダ部分７０１は、データパケットの他の部分の搬送に使用されるものと大きく異なる、色および／または光強度のような、いくつかの識別可能な物理的属性を有してもよい。

いくつかの実施形態では、ヘッダパターンは、アレイ（またはサブアレイ）内のすべてのＬＥＤを使用して空間的に符号化され、それによりヘッダパターンは最小の数のビデオフレームを使用して受信機装置により検出できる。９個のＬＥＤアレイ（図７に示すように）の例では、各ブロック７０７は、８つのデータＬＥＤ＃０〜＃７を用いて空間的に符号化された情報を搬送し、ここでＬＥＤ＃８はクロック信号を搬送し、それにより合わせて９つの２進信号（またはサブブロック）７０８が存在してもよい。

クロックＬＥＤ７０４の空間的位置が、例えば３×３アレイの中央で予め規定されている場合、受信機装置は、他のＬＥＤを正しく同期させるため、クロックＬＥＤによって搬送される情報をクロック信号として復号してもよいことが理解されよう。選択肢として、例えば３×３、４×４、または線形アレイ用の既定のアレイテンプレートが提供され、ここで受信機装置は、その既定のテンプレートに基づいて１つのクロックＬＥＤまたは複数のクロックＬＥＤを位置決めしてもよい。例えば、受信装置は、４×４ＬＥＤアレイを有する光タグを識別し、そして左上隅のクロックＬＥＤを識別する。いくつかの実施形態では、信号間の同期を較正するために、受信機装置と少なくとも１つの光タグとの間に較正が必要とされることがある。

ヘッダ部７０１は、復号装置がヘッダとして解釈するように指示される固有の一連のビット（例えば、全て「１」）を含んでもよい。それは、データパケットの残りの部分の送信の開始を示してもよい。いくつかの実施形態では、ヘッダはまた、光タグの直立した向きを示す特別なマーカ（またはアンカー）ビット７０５（この例では「０」）を含んでもよい。このようなマーカは、光タグが所定の位置に貼り付けられておらず、そして受信機装置によるオリジナル情報の再構成が光タグの正しい角度方向を特定することに依存する場合に特に重要であり得る。

いくつかの実施形態では、ペイロード部分７０２は、通常はＵＩＤ１０７を含む光タグの情報を含んでもよい。トレーラ部分７０３は、特別なセキュリティコードのような管理情報から構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、光タグは、光タグの不揮発性メモリに永久的に格納され、そしてデータパケットの送信に含まれる少なくとも１つの固有識別子（ＵＩＤ）コードを含んであらかじめ構成されていてもよい。選択肢として、各データパケットは、それぞれ単一のＵＩＤを有してもよい。

図９は、本発明のいくつかの実施形態による、ＬＥＤ２０２が幅が狭いストリップに沿って配置された線形光タグ９００の概略を示す図である。タグ９００の各セグメント９０１，９０２、．．．９０３は、データパケットを形成する合計「Ｎｐ」個のブロックのうちの１つのデータブロックを表すことが理解される。言い換えれば、各セグメントは、受信機装置の連続するフレームからフレームへの異なる期間中の単一色チャネルの空間的状態である。図９は最も単純な例を示し、より一般的な場合には、各データブロックは、いくつかの多色符号化方式を用いて符号化されてもよいことが理解される。

例示的な構成として、ＬＥＤ２０２が、各々が９つのＬＥＤ２０２を備えるいくつかのサブアレイ９１４にグループ化されているが、任意の他の数のＬＥＤ２０２も可能であることが理解される。サブアレイ９１４が電気的／ロジック的（および／または光学的）に分離されている場合、それぞれは、そのサブアレイ９１４の光タグ９００に沿った一般的な位置に関連する異なるデータパケットを搬送することができる。特に、異なるＵＩＤは、光タグに沿って異なる場所に割り当てられ、ＵＩＤを「線形にアドレス指定可能」にする。

いくつかの実施形態では、線形光タグのＬＥＤ２０２はその長手方向軸に沿って均等に離間しているので、読取装置携帯機器が隣接するサブアレイ９１４を区別できるように区切り記号（デリミタ）シンボルが必要となる。したがって、各サブアレイ９１４のＬＥＤ＃０（９１５で示す）は、そうでなければすべてロジック１（ ‘１’）を含むヘッダブロック９０１にロジック０（ ‘０’）を送信することによって区切り記号として実行することができる。それにもかかわらず、隣接するサブアレイ９１４が区別される多数の異なる方法が存在し得る。

いくつかの実施形態によれば、線形光タグ９００に沿った全てのサブアレイ９１４のクロックＬＥＤ＃８（例えば、線形サブアレイ内の最後）は、光タグ９００の共通クロックに対して一致した位相で動作してもよい。いくつかの実施形態では、サブアレイ９１４のクロックは、以下にさらに説明するように、互いに対してある程度の位相シフトを有してもよい。

適切な位相差を用いると、隣接するサブアレイの光パルスは、受信機携帯機器により同時に「部分露光される」（すなわち、読取り不可能となる）可能性がより小さくなることが理解される。これは、サブアレイが類似または同一の情報を搬送する場合の誤り訂正に有用である。サブアレイ間の位相差を導入することのさらなる利点は、隣接するサブアレイ９１４のクロック間の０°および１８０°の可変位相シフトを用いて達成することができ、これは、追加の情報レイヤを、サブアレイ９１４のスケールより大きいスケールで搬送するのに使用されてもよい。言い換えれば、線形光タグに沿ったクロック信号が、標準的データＬＥＤ２０２の視認距離よりもはるかに大きい距離ではっきりと視認できる（例えば、それぞれのクロック信号を搬送するためにいくつかのより明るいＬＥＤ２０２を使用する）場合、複数の位相の揃ったクロック信号と位相の揃わないクロック信号は協働して、サブアレイ９１４によって搬送される情報と互いに関係のない情報のストリームを符号化してもよい（すなわち、クロックＬＥＤは、上位レベルでデータＬＥＤとして機能してもよい）。

図１０は、本発明のいくつかの実施形態による、空間内の特定の平面１０１１を画定し、その平面内の異なる点をアドレス指定するために使用される線形光タグ１０１０を概略的に示す図である。１次元アレイは、アレイを組み込む空間内の２Ｄ平面を画定するのに有用でありうる。特に、水平なＬＥＤストリップは、垂直なまたは水平な平面を画定するように制約されてもよく、垂直なＬＥＤストリップは、任意の有用な垂直な平面を画定することができる。

受信機携帯機器の専用タグ読取アルゴリズムは、無限数の２Ｄ平面の中で、タグの軸を組み込んだどの平面にアドレスするかを決定するために使用されてもよいことが理解される。しかし、多くの実際的なシナリオでは、おそらく、（受信機の座標で）垂直平面または水平平面への参照が行われるであろう。

さらに、線形光タグ１０１０が空間内の特定の平面１０１１を画定するように強制される場合、線形光タグ１０１０の軸に垂直な距離ΔＹと共にＵＩＤ（例えば、クロックＬＥＤのもの）に割り当てられる絶対位置が、その特定の２Ｄ平面内の任意の点を一意にアドレス指定するために使用されてもよい。選択肢として、タグに垂直な距離ΔＹは、線形光タグ１０１０の軸に沿った距離を測定するために使用されるユニットと同じユニットを用いて測定されてもよい。

線形光タグ１０１０に沿って距離を測定することができる２つのスケールがあることが分かる：サブアレイの長さである粗いスケールと、ＬＥＤとＬＥＤの間隔である細かいスケール。線形光タグ１０１０は、複数のＬＥＤのクラスタ（例えば、サブアレイ）を使用して複数のデータパケットを送信することができるので、線形光タグ１０１０は、光タグの軸に沿った異なるサイトに対応する、多数のＵＩＤを送信する可能性がある。したがって、ＬＥＤが均一に離間され、サブアレイが同一の長さを有する場合、ＵＩＤは線形タグ１０１０の軸に沿った規則的に配置された間隔を示してもよい。サブアレイは一般にＵＩＤを搬送するので、粗スケールは、ＵＩＤによって指定された具体的なポイント間の距離を意味してもよい。

いくつかの実施形態では、軸方向ΔＸに使用されるスケールは、予め定義された平面１０１１において、線形光タグ１０１０の軸に垂直な距離ΔＹを測定するために使用されてもよい。例えば、２Ｄ平面の原点が線形タグ１０１０の左端に設定され、（０，０）として示される場合、軸の下または上の一般的な点１０１２は、原点から測定されるベクトル［Δｘ、Δｙ］を使用して、指定されてもよい。同様に、平面１０１１に垂直な距離Δｚを測定し、原点から測定したベクトル［Δｘ、Δｙ、Δｚ］を使用して３Ｄ空間の一般的な点をアドレス指定してもよい。

線形光タグ１０１０に面している画像読取手段（例えばカメラ）を有する受信機携帯機器１０１３が、任意の位置にある場合、受信機携帯機器１０１３は線形光タグ１０１０のいくつかの透視投影を取り込む。ＬＥＤの実際の間隔を知る（タグのＵＩＤに基づいて）ことで、受信機携帯機器１０１３の画像センサ上のＬＥＤの痕跡の分布を測定（画素単位で）することができ、次いで、この情報を使用して、線形光タグ１０１０の受信機携帯機器１０１３に対する位置および向きを計算してもよい。線形光タグ１０１０の絶対位置及び向きが受信機携帯機器１０１３に対して（例えば、ＵＩＤデータを有するサーバから）利用可能にされる場合、受信機はそれ自身の絶対位置を計算することができる。受信機携帯機器１０１３の位置が決定される精度は、多くの要因に依存することが分かる。しかし、空間上で異なる方向性を有する２つ以上の線形光タグを捕捉して一緒に処理すると、精度が向上することがある。

いくつかの実施形態では、光タグは、位置を推測するメカニズムとして利用されてもよく、ここで受信機は、光タグの既知の位置に対して自身の位置を推定してもよい。選択肢として、少なくとも１つの光タグを利用して、屋内測位メカニズムを実施してもよく（例えば外部衛星測位に基づく屋外測位とは対照的に）、ここで受信機は、光タグの既知の位置に対して自身の位置を推定してもよい。

本発明のいくつかの実施形態による、線形光タグと同様の方法で、受信装置１１０１の位置を決定するために使用される位置決めされた光タグ１１００（この例では四角形のＬＥＤマトリックスを有する）を概略示す図１１を参照する。

ＬＥＤアレイの実際の幾何学的配置を知ると、受信機携帯機器１１０１の画像センサ上のＬＥＤの痕跡の分布を測定し、この情報を使用して、幾何学的投射の考慮に基づいて、受信機携帯機器１１０１の座標における光タグ１１００の位置を追跡することが可能であることが分かる。さらに、光タグ１１００の絶対位置および角度方向（例えば、既知の寸法「Ｄ」）が受信機携帯機器１１０１に利用可能にされる場合、受信機は、それ自体の絶対位置を計算することができてもよい。ここでも、２つ以上の光タグ１１０２が同時に捕捉されて処理される場合には、携帯機器１１０１の位置が決定される精度が改善され、ここで光タグの特性が、光タグのＵＩＤに基づいてサーバから知ることができてもよい。

いくつかの実施形態では、光タグの少なくとも１つのＬＥＤのＲＧＢチャネルは、機械可読情報を搬送しない。このようなチャネルは、むしろタグの装飾的な側面に役立ち、または人間の観察者に読みやすいメッセージを搬送する。例えば、点滅するＬＥＤは、光タグの情報が変更されたことを示してもよい。

それにもかかわらず、機械可読情報を伝達する光タグのＲＧＢチャネルもまた、タグの装飾的な側面および／またはブランディング面に役立つことがあり、または人間の観察者に見やすいメッセージを搬送することができる。例えば、クロックＬＥＤは、データＬＥＤのものとは異なるカラースキームを使用し、それによって光タグの特徴的な視覚パターンに寄与してもよい。

送信プロトコルのデータパケット（例えば図７および図９に示すように）を再び参照して、光タグによって送信された各データパケットについて、少なくとも１つのＬＥＤの少なくとも１つの色チャネルは、クロック信号を送信する（すなわちクロックＬＥＤ）。クロック信号は、規則的に間隔をあけられた一連の光パルスから構成されてもよい。すなわち、各クロック周期は、光の１つのパルス（‘１’）とそれに続く光の欠如（‘０’）を有し、その遷移は周期の中間点で生じる。クロックレス送信の方法については後でさらに説明する。

いくつかの実施形態によれば、クロック信号を搬送しないアレイ（またはサブアレイ）のＬＥＤ（すなわちデータＬＥＤ）は、対応するクロック信号に従属する。これらのＬＥＤは、クロック信号を使用して位相符号化（またはマンチェスタ符号化）される。このスキームによれば、送信されるすべてのビットは、「表１」に記載されるような符号化規則に従って、パルス（「１」）とパルスの不在（「０」）との組み合わせによって表されてもよい。

そのような符号化は、ビットの任意のシーケンスを送信する場合、ロジック「１」とロジック「０」の両方に関連する光パルスがあるため、知覚されるパルス周波数を増加させることがある。したがって、この符号化方式は、低周波数光搬送波に起因する可視フリッカを軽減するのに有用であり得る。

受信装置は、光タグの情報を回復するために、検出した各時間的ビットストリームを対応するクロック信号と相関させてもよい。すべてのビットストリームは、元々、そのクロック信号を使用して位相符号化されているので、符号化に使用された方式（例えば、「表１」のもの）を逆にすることによって復号してもよい。

本発明のいくつかの実施形態による、送信機における時間的ビットシーケンスの基本的な符号化方式および受信機によって処理された符号化信号を概略的に示す図１２を参照する。代替的に、光搬送波を変調するためにオンオフキーイング（ＯＯＫ）を使用してもよい。オリジナルのデータ信号１２０１は、符号化信号１２０３を得るためにクロック信号１２０２を使用して位相（またはマンチェスター）符号化されてもよい。

受信機装置では、位相符号化信号は、露光時間（「ＴＥｘｐｏｓｕｒｅ」と表示される）を使用して、ビデオフレームのシーケンス１２０４によって規則的にサンプリングされる。いくつかの実施形態では、送信機のクロック信号１２０２のクロック周期（「ＴＣｌｏｃｋ」と表示される）またはその整数倍は、カメラのフレームとフレームの間の時間期間（「ＴＦｒａｍｅ」と表示される）より因子Δだけわずかに長く設定され、ＴＣｌｏｃｋ＝ＴＦｒａｍｅ＋Δであってもよい。送信機と受信機との間の繰り返しレートのこの差は、２つのクロック（すなわち送信機と受信機）の位相ロックを防止する定常的な位相ドリフトを引き起こしてもよい。

フレーム取得は入力データ信号と常に同期しているわけではないので、時には、いくつかのフレーム１２０４が「１」から「０」への遷移またはその逆（１２０５で示す）の光パルスを捕捉することがあることが分かる。そのようなパルスは、「部分的に露光される」と称され得る。単一チャネル送信では、部分的に露光されたパルス画像は、典型的には、対応する完全に露光されたパルス画像よりも小さく、明るくない。

露光時間「ＴＥｘｐｏｓｕｒｅ」は、ベストな全体的性能のために最適化され得る重要な設計パラメータであり得ることが分かる。一方では、曖昧なパルス露光による読取エラーを最小限に抑えるために、露光を短くする必要がある。一方、画像センサが十分な光を蓄積し、特徴的なパルス画像を記録できるようにするには、露光時間が長くなければならない。いくつかの実施形態では、光タグのクロック周期「Ｔｃｌｏｃｋ」の約１／４より長い露光は、許容できないほど低い信号対雑音比に寄与し得る。

本発明のいくつかの実施形態による、単一のＲＧＢ ＬＥＤの２つの補色チャネルを使用して送信される時間的ビットシーケンスを概略的に示す図１３を参照する。副信号１３０１は、主位相符号化信号１３０２の逆数（２進数の１の補数）であることが分かる。

１つの色の全てのパルス（例えば、副信号１３０１を有する）は、第２の色のパルス（例えば、主信号１３０２を有する）を常に伴うので、そして搬送波信号の周波数は、通常、人の目の色融合閾値を超えて設定されるので、観察者は主色と副色との色の組み合わせであるＬＥＤ色を知覚することができる。２つの相補的な色チャネルの使用は、単一のチャネルの搬送に比べて、低周波数の搬送に関連する視覚的フリッカを低減することができることが理解される。

受信機では、ほとんどの画像露光１２０４は、主色の光パルスまたは副色の光パルスのいずれかを記録する。しかしながら、パルス遷移１２０５の間に生じるフレーム露光１２０４は、主色の一部の光と副色の一部の光とを統合し、その結果、通常の明るさと、主色と副色の混合である色を有するＬＥＤ画像（またはその部分領域）を生じる。

図１４は、本発明のいくつかの実施形態による相補的なチャネルスキームを使用する場合の完全に露光されたデータブロックの２つの可能な表現を概略示す図である。

セグメント「Ａ」は、フレーム露光１２０４が、例えば光タグの３×３ ＬＥＤアレイの中心に位置する主クロック１４０１のパルスの間に行われる場合を表すことが理解される。セグメント「Ｂ」は、同じデータブロックが副クロック１４０２のパルスの間に露光される場合を表す。受信機装置は、データブロックの実際のビット値を決定するために、まず第１に、対応するクロックの状態を評価しなければならないことが分かる。

いくつかの実施形態によれば、人によってほとんど感知されないレベルにまで光フリッカを閉じ込めるためには、変調された光のパルス周波数は、人間の目の「フリッカ融合閾値」として一般に知られているレベル以上でなければならない。この閾値は様々な客観的および主観的要因に依存するが、ほとんどの人は、約３０ヘルツの周波数からの光の単調な振動を均一な照明として知覚することが一般的に受け入れられている。

任意の位相（またはマンチェスター）符号化ビットシーケンスが低周波数コンテンツを示すので、毎秒３０周期のクロックレートは、現実の搬送のフリッカを除去するには明らかに不十分であり、ここで例えばデータシーケンス１，０，１，０，１，０ ．．．は、クロック周波数の半分であるように見えてもよい。いくつかの実施形態では、任意の２進シーケンスのフリッカを効果的に緩和するために、送信機のクロックレートは６０Ｈｚ以上でなければならない。これは、３０フレーム／秒（ｆｐｓ）で動作する受信機カメラのフレームからフレームへの間の単一の時間間隔の間に、少なくとも２クロックサイクルが経過することを意味する。したがって、受信信号は、受信装置によってアンダーサンプリングされてもよい。

いくつかの実施形態によれば、光タグのクロックレートは、受信機装置のフレームレートの整数倍に設定されてもよい（選択肢として、以下でさらに説明するような小さな摂動を伴う）。次に、ビット損失を回避するために、各符号化シンボルは、受信機装置のフレームからフレームへの間の単一の時間間隔の間に発生するクロックサイクル数の間、繰り返し送信されてもよい（例えば、９０Ｈｚでは各ビットが３回繰り返されてもよい）。

いくつかの実施形態によれば、低い搬送波周波数によって生成される可視フリッカは、「冗長」信号を使用することによってさらに低減されてもよい。選択肢として、主符号化信号の逆関数（すなわち２進数の１の補数）を搬送する副（「冗長」）色チャネルは、同じＬＥＤによって主チャネルと一緒に搬送されてもよい。

したがって、第１の色チャネルのすべてのパルスは、第２の色チャネルのパルスの不存在によって補完されてもよく、逆もまた同様である。遷移が人間の目の「色融合」閾値を超える速度で起こると、観察者は、パルスが導入される順序にかかわらず、主色と副色との色の組み合わせであるＬＥＤ色を見てもよい。クロック周波数が与えられると、主色および副色のすべてのペアについて、知覚されるフリッカを最小限にする特定の照明強度の比率が存在することになる。

本発明のいくつかの実施形態による、冗長な位相シフトされた色チャネルを使用して送信される時間的ビットシーケンスを概略示す図１５を参照する。光タグのクロックレートは、受信機（例えば、カメラの）のフレームレートのおよそ２倍であり、したがって各ビットシンボルは２回繰り返されてもよいことが分かる。この特定のクロックレートは、説明の簡素化のためにのみ選択されている。選択肢として、このようなレートは、目に見えるフリッカを防止するには低すぎる可能性がある。フリッカーレス搬送は、市販の携帯型カメラのフレームレートの４倍（例えば、約１２０Ｈｚ）およびそれより高い倍数の、実際のクロックレートにおいて通常実現可能である。

（第１の色チャネルとしての）副データ信号１５０１は、（第２の色チャネルとしての）主位相符号化信号１５０２と一致する形状を有し、主位相符号化信号１５０２に対して約９０°の位相シフトを有する。同様に、副クロック信号１５０３は、主クロック信号１５０４に対して約９０°の位相シフトを有する。選択肢として、その位相シフトに等価の時間が受信装置のカメラの露光時間以上である限り、９０°より小さい任意の位相シフトが副チャネルと共に使用することができる。信号１５０７はオリジナルのビットシーケンスを示し、それは主クロック信号１５０４を使用して位相符号化され、主データ信号１５０２を生成することが分かる。

このような冗長副チャネルは、ビデオフレーム１５０５が主信号１５０２，１５０４によって部分的に露光され、そしてまた副信号１５０１，１５０３によって完全に露光される場合に使用されてもよい。このような場合、受信機は、副信号１５０４の復号化に戻り、したがって、主データ信号１５０２のパルス遷移１５０６の方向に関連するあいまいさを克服することができる。

いくつかの実施形態によれば、主チャネルと副チャネルは同一の色を有する。しかしながら、１つのチャネルのパルス強度は、第２のチャネルのパルス強度よりもかなり低いので、受信機はそれらを異なるデータチャネルとして区別することができる。

より複雑なスキームでは、２つまたは３つの原色（ＲＧＢ）が、２つまたは３つの重複しない主チャネルとして機能してもよい。それぞれの主色について、その色の「白色補完」から構成される（３色すべての組み合わせが白色を生成することがあるので）２つの残りの原色は、以下にさらに説明するように、反転（すなわち２進数１の補数）副チャネルとして機能する。

相補位相符号化チャネルのペアのみを含む変調方式は、部分露光ビデオフレームのカウントを低く維持するには通常は高すぎる、比較的高いクロックレートにおいて、フリッカを許容レベルまで低減することが分かった。

従って、光タグの全ての色チャネルに変換を適用することによって、フリッカがさらに減少してもよい。各クロックチャネルに対して、偶数番号のサイクルは、その逆の形式（２進数の１の補数）で置き換えられてもよい。すなわち、通常のシーケンス１，０，１，０，１，０．．．は、オリジナルシーケンスのパルス周波数の半分を有する１，１，０，０，１，１，０，０．．．となる。奇数番号のサイクルはそのまま残される。同様に、データチャネルは、対応するクロックチャネルと同じ態様で変換される。すなわち、偶数番目のサイクルが逆の形式に置き換えられ、奇数番目のサイクルがそのまま残される。

時間的ビットシーケンスは、一般に、対応するクロック信号を用いて位相符号化されるので、データ信号とクロック信号の両方に同一の変換を適用することは、データ信号によって搬送される情報に影響を与えない。上述の変換（以降、「偶数サイクル逆変換」と呼ぶ）は、任意のビット遷移に関連する低周波数コンテンツの大部分を排除することができるので、フリッカを低減するのに有効であり得る。変換された信号は、ビット変化の間により高い（倍の）周波数の位相を通り、一方オリジナルの信号は低い周波数の位相を経る。

いくつかの実施形態によれば、搬送波の低い周波数に起因する可視フリッカは、いくつかの位相キャンセルスキームを使用してさらに低減され得る。すなわち、光強度は、位相符号化されたビットストリームに関連する低周波数コンテンツを補償するように、各色チャネル内のそれぞれのパルスに対して調整される。

次に、本発明のいくつかの実施形態による、偶数サイクル逆変換およびそのフリッカ軽減への寄与を概略示す図１６を参照する。ビットシーケンス１６０１は、通常のクロック信号１６０２を使用して（例えば、受信装置のほぼ２倍の周波数で）最初に位相符号化されて、通常の位相符号化信号１６０３を生成することが分かる。偶数サイクル逆変換は、その後クロック信号１６０２およびデータ信号１６０３に適用されて、変換クロック信号１６０４および変換データ信号１６０５を生成してもよい。

これは、データ信号とクロック信号の両方の２番目のサイクルごとに同時に反転（２進数の１の補数）させることによって実行されてもよい。具体的には、全ての２番目のサイクルに対し、クロックパルスの立ち上がりエッジで開始し、パルス（‘１’）をパルスの不在（‘０’）で置き換えてもよく、その逆も可能である。データ信号および対応するクロック信号は全く同じ態様で変換されるので、変換されたクロック信号を使用して復号される限り、変換されたデータ信号によって搬送される情報は影響を受けない。

変換されたクロック信号１６０４は、オリジナルのクロック信号１６０２の２倍のパルス幅（および半分の周波数）を有することが分かる。同様に、変換されたデータ信号１６０５の「支配的な」パルス幅もまた、２倍となってもよく、ここで任意のビットストリームはビット繰り返しにより１つの支配的な周波数を有する。同時に、支配的な幅の２倍のパルス幅１６０６をもともと含むビット遷移（‘０’から‘１’へ、逆もまた同様）は、いまや支配的な幅の半分の幅１６０７のパルスを含んでもよい。偶数サイクル逆変換を適用する場合、フリッカーレス送信を回復するために、基礎となる送信機のクロック周波数と、そして対応するビット繰り返し数とが２倍にされてもよい。

偶数サイクル逆変換をクロック周波数の増加と共に適用することには、肯定的な側面および否定的な側面が存在する可能性がある。肯定的な結果は、ランダムなビット遷移に関連する低周波数コンテンツの除去に起因する可視フリッカの減少である。否定的な結果は、変換された信号内の、送信されたシンボル当たりのパルス遷移の数が多いことに起因する、あいまいなパルスの読みの中程度の増加（概して）である。

いくつかの実施形態によれば、クロックＬＥＤが省かれ、光タグの情報がデータＬＥＤのみを使用して送信される場合、光タグはより効率的であり得る。これは、光タグのアレイが少数のＬＥＤから構成される（従って、送信オーバヘッドが高い）場合に特に当てはまる。本明細書で開示される一般的な符号化方式では、クロック信号を、単に受信機側における位相（またはマンチェスター）符号化信号の「極性」（１８０°位相）のあいまいさを解決するために使用する。クロックレス送信は、絶対ビット値を無視し、ビット遷移に焦点を当てる差分符号化を採用することによって、極性問題を回避する。

基本的に、差分符号化は、符号化されたシーケンスの全てのビットが、符号化されたシーケンスの１つ前のビットとオリジナルシーケンスの現在のビットとの和（２進加算）であるように実施されてもよい。すなわち、ｘｉが送信を意図されるビットであり、ｙｉが実際に送信されたビットである場合、
である。その後、差分符号化された信号は、非差分信号について本明細書で開示される方法のいずれかを使用して、光タグにより送信される。

受信機側では、差分符号化された信号の復元は、非差分信号の場合と同じ方法で開始してもよい。しかし、オリジナルのビットシーケンスをクロックと相関させて復号する代わりに、差分符号化プロセスを逆にすることによって復号してもよい。すなわち、オリジナルのビットシーケンスの各ビット値ｘｉは、差分的に符号化された信号の対応するビットｙｉを先行するビットｙ（ｉ−１）から減算することによって再構成されてもよく、
である。

クロックレス送信の利点は、誤り訂正のために必要とされる余分な労力のペナルティを伴い得る。受信中に検出されたエラー（例えば、部分的に露光された光パルスによる）は、非差分の場合の１ビットではなく、２つの連続するビットの復号に影響を及ぼし得る。

本発明のいくつかの実施形態による、クロックレス送信において差分符号化を使用して符号化される、単一のデータチャネルによって搬送される１つのビットシーケンスを概略示す図１７を参照する。差分符号化ビットシーケンス１７０２のビット遷移がオリジナルビットシーケンスのロジック‘１’を表し、遷移の無いことがロジック‘０’を表すように、オリジナルビットシーケンス１７０１が変換されることが分かる。次に、符号化された信号１７０２は、通常のクロック信号１７０３を使用して位相符号化されてもよい。その後、偶数サイクル逆変換を行って実際に送信される信号１７０４を得てもよい。

本発明のいくつかの実施形態による、差分符号化を使用してクロックレス送信で搬送され、受信機側で回復されるビットシーケンスを概略示す図１８を参照する。

図１７の例を参照すると、位相（またはマンチェスター）符号化信号１７０４は、いまや受信機装置によって（例えば、カメラによって）検出されてもよい。送信にクロック信号が存在しない場合、復号機は受信信号の「極性」を確立することができない（１８０°の位相あいまい性）ことが分かる。仮想クロック信号１８０１が復号に使用される場合、信号１８０２が復元され、反転クロック信号１８０３が使用される場合、信号１８０４が復元され得る。差分符号化の利点は、信号１８０２または１８０４のどちらが最終的に処理されるかは重要ではないことを認識することで明らかになる。両方の信号の差分復号は、同じオリジナルビットシーケンス１７０１を生じる。

差分符号化信号の復号に対する無効なパルス読取の影響は、ビデオフレーム１８０６に関連するあいまい性１８０５を検査することによって理解されてもよい。入力信号１７０４を復号するとき、あいまい性１８０５は、相互交換可能な、差分符号化信号１８０２および１８０４において未解決のビット値（「？」でマークされている）を生む。このビットはオリジナルビットシーケンス１７０１の復元中に後方向および前方向の差分計算の両方で使用されることがあるので、最終的に２つの未解決ビット１８０７および１８０８が復元ビットシーケンスに存在する。

いくつかの実施形態では、光タグとカメラベースのタグ読取装置との間の一方向通信は、２つの装置のクロックの同期を不可能にする。送信機のクロックレートが受信機装置のクロックレートに、またはその整数倍に一致する（または非常に近い）ように強制される場合、受信機は部分的に露光されたフレームのみを取得して時々ロックされることがある。

いくつかの実施形態によれば、送信機のクロックレートは、受信機装置のフレームレート、またはその整数倍に一致するように強制されてもよい。その後位相ロック状況は、受信機のアルゴリズムにより検知されてもよく、そのアルゴリズムは、受信機のカメラに対し、問題を検出すると、不良ビデオシーケンスを無視し、そして少なくともＮｐ個のビデオフレームの新しいシーケンスを取得するように指示してもよい。新しいデータ取得のタイミングは任意であり得るので、新しいビデオシーケンスは、完全に露光されたパルス画像の完全なセットを捕捉する良好な機会を有し、それは有効なデータパケットを再構成するために使用されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、位相ロック状況は、光タグのクロックを受信機のフレームレートの指定された「高調波」よりも僅かに遅く故意に設定することによって回避することができる。言い換えれば、公称クロック周期「ＴＣｌｏｃｋ」がフレームとフレームの間隔「ＴＦｒａｍｅ」の１／ｎ（例えば、図１２に示すように）に選択された場合、実際のクロック周期はＴｃｌｏｃｋ−ａｃ＝ＴＦｒａｍｅ／ｎ＋Δ、ここでΔ＜（１／２）ＴＣｌｏｃｋは時間シフトである。

この周波数摂動は、２つのクロック間の位相差の安定したドリフト（Δに依存するレートで）をもたらし、それは周期的にビデオフレームの一部に部分的に露光したパルスを含むようにさせることがある。２つの補色チャネルが１つのＲＧＢ ＬＥＤによって送信される場合、部分的に露光されたＬＥＤ投影の色は、その２つの色の何らかの色の組み合わせであってもよい。選択肢として、パルス遷移の方向に関する情報が事実上失われたため、部分的に露光されたパルス画像は復号化されないことがある。

いくつかの実施形態によれば、このタイプの受信機誘発誤差は、カメラの露光時間「ＴＥｘｐｏｓｕｒｅ」を送信機のクロック周期の分数に設定することによって緩和され得る。具体的には、露光時間をクロック周期の１／４またはそれ以下に設定してもよい。このことは、光パルス（「１」）またはパルスの不存在（「０」）のいずれかを捕捉するフレームが、部分露光を有するフレームよりも多く存在する、ことを保証するかもしれない。

いくつかの実施形態によれば、あいまいに露光されたビデオフレームは、処理中に削除され（または無視され）、そして同じデータパケットの他のインスタンスを含む後続の、または先行する、‘Ｎｐ’個の連続するフレームのセットからの等価なフレームにより置き換えられてもよい。あるいは、例えば光タグが短距離から読み取られ、画像センサのローリングシャッタ効果が明らかになる場合、フレーム内に取り込まれたＬＥＤ画像の一部のみが部分的に露光される。その後、受信機携帯機器の専用タグ読取アルゴリズムは、送信プロトコルの一般的な誤り訂正メカニズムを通じて、あいまいなＬＥＤ画像を処理してもよい。

次に本発明の一実施形態による、低周波数搬送波に関連するフリッカを低減する手段としての色の相補ペアを示す図である図１９を参照する。ＣＩＥ１９３１色度図１９００上のＲＧＢ ＬＥＤの色空間（ガマット）は、三角形１９０１により定義され、その頂点は赤、緑および青の３原色に対応する。基本的な実装では、ＬＥＤは、２つの原色を使用して単一のデータストリームを搬送してもよい。主色チャネルは、位相（またはマンチェスター）符号化ビットシーケンスを搬送する。副冗長色チャネルは、主信号の逆数の形式（２進の１の補数）を搬送してもよく、それにより、副信号の各パルスが主信号のパルスの不在と整列され、逆もまた同様であってもよい。したがって、純粋な主色と純粋な副色の３つの可能なペアは：赤と緑、赤と青、そして緑と青、である。それぞれのケースにおいて、人間の観察者は、タグのクロックレートが人間の目の色融合閾値を超えていれば、対応する色ペアの色の組み合わせであるＬＥＤ照明を知覚することができる：イエロー、マゼンタおよびシアン。

主チャネルと副チャネルは、純粋なＲＧＢカラーの使用に限定されないことが理解される。各チャネルに対して、異なる相対強度の２つまたは３つの重なり合う原色を含む混合色を使用することができる。主色と副色をＣＩＥチャートに置くと、２つの色を結ぶベクトルの中間点で知覚される色を見つけることができる。

任意の純粋色と混合色が主色と副色に対して選択されてもよいが、その２つの色のコントラスト（すなわちＣＩＥチャートのユークリッド距離）は、動作状態において受信機装置により十分に一意に検知可能なように、十分に大きくなければならない。

例えば、原色の赤のパルスは、緑と青の組み合わせである色シアンによって補完されてもよい。それぞれの主色に対して、残りの２つの原色の強度が適切に較正されている場合、ＲＧＢ ＬＥＤの複合発光は、十分に高いパルスレートにおいて、人間の観察者によって純粋な白色（または少なくともあるレベルの灰色）として知覚される。全体として、そのようなスキームは、ＲＧＢ ＬＥＤによって送信されるべき６つの異なるシンボル（すなわち、赤とシアン、青と黄、緑とマゼンタ）を可能にする。したがって、各ＬＥＤは、受信機のフレームからフレームの間の単一の時間間隔の間に最大２．５８５（＝ｌｏｇ［６］／ｌｏｇ［２］）の２進ビットの情報を搬送できる。この値は、無制限ＯＯＫ（オンオフキーイング）変調を使用して、ＲＧＢ ＬＥＤによって伝達される、サイクル当たり３．０ ２進ビットと比較されてもよい。

相補的な主チャネルおよび副チャネルは、３原色ＲＧＢ色の使用に限定されないことが分かる。実際には、それぞれの主色に対して、副信号として使用されるべき、この主色の白色補色である純色または混合色が存在する限り、主信号を送信に任意の数の純色または混合色（ＲＧＢ色の異なる強度レベルの組合せ）が使用されてもよい。このような色のペアは、白色のメタメルマッチとして当技術分野で一般的に知られている。

いくつかの実施形態によれば、補色ペアの基本スキームをさらに拡張し、ＬＥＤ発光素子ごとに複数の情報ストリームを搬送するために、複数のペアの主色チャネルおよび副色チャネルが使用されてもよい。最小限のちらつきという要件は、使用される主色と副色のすべてのペアが同じ色の「メタメルマッチ」であることを指示してもよい。すなわち、すべての色ペアが、人間の目の色融合閾値を超えるクロックレートで順次表示される場合に、同じ知覚色を生じてもよい。

明らかに、最も価値のある色ペアのシステムは、白の知覚色を有するシステムである。このシステムでは、３つのＲＧＢ原色を主色として採用し、そしてそれぞれの白色の補色を副色として採用している。したがって、使用される色のペアは：赤とシアン、青と黄、緑とマゼンタである。白色補色は、ＬＥＤのガモットチャートの、対応する原色と反対側の端に存在する。従って、このシステムは可能な最も高いコントラストを有する。その３つの色ペアは、３つの無制限ＲＧＢ色の場合の８つのシンボルと比較して、ＲＧＢ ＬＥＤごとに最大６つのシンボルを搬送することができる。

白色以外の（知覚される）組み合わせ色を生成するために、様々な主色および副色のペアを使用することができることが理解される。それにもかかわらず、知覚された色がＬＥＤのＣＩＥ色空間の中心から発散するにつれて、白色とは異なる色に対するメタメルマッチの一致の数が著しく低下する。さらに、知覚された白っぽい色でさえ、主色と副色の間、およびペア自体の間に顕著なコントラストが必要性なため、光タグのＬＥＤと共に使用され得るカラーペアの数には限界がある。一般に、現実の条件において、受信機がそれらの色を異なるデータチャネルとして区別しやすくするために、使用されるすべての色の中でＣＩＥ色空間のユークリッド距離を最大にすることが望まれるであろう。

本発明のいくつかの実施形態による、（冗長チャネルなしの）タグ送信を復号するときに受信機が使用する基本手順のブロック図を示す図２０を参照する。このプロセスは、受信機カメラが一連の少なくとも「Ｎｐ」個の、変調された光ビームの画像を含むビデオフレームを獲得するステップ２００１で始まり、ここで「Ｎｐ」はデータパケットに含まれるデータブロックの数である。次にステップ２００２において、専用タグ読取アルゴリズムは、空間的および時間的生データの完全なセットを得るために、全フレームのすべてのパルス画像を検出しようとしてビデオフレームを分析する。しかしながら、フレームの一部は、部分的に露光されたパルス画像、またはチャネル／受信機ノイズの他の原因に起因するあいまいさを含むことがある。

いくつかの実施形態では、ステップ２００３で不良フレームが検出された場合、専用タグ読取アルゴリズムは、ステップ２００４でカメラに対し別の一連の「Ｎｐ」個のビデオフレームを取得するように指示し、その取得されたビデオフレームは、ステップ２００５において、上記と同じように処理されてもよい。この時点で、ステップ２００６における、データパケットのペイロードセクションの開始を示す少なくとも２つのヘッダセクションを識別するのに十分なビデオフレームが存在するはずである。データブロックの正しい順序が確立されると、ステップ２００７において、データパケットを復元するのに必要なすべての情報を含む単一の連続データセットを得るため、１つのシリーズのフレームからの不良ブロックをもう１つのシリーズのフレーム内の対応する正しいブロックと置き換えることは容易でありうる。ステップ２００８において良好なデータブロックがまだ失われている場合には、良好なデータブロックの連続した１つのセットが得られるまで、少なくともＮｐ個のビデオフレームの追加のシーケンスが取得されてもよい。その後ステップ２００９において、データを符号化するために使用されたスキームを逆にすることによって、オリジナルデータパケットが復元されてもよい。

一般に、システムの時間変数を適切に調整することによって、部分的に露光されたフレームが、「Ｎｐ」個のビデオフレームのシリーズごとに１回発生し、またはそれより頻度が少なく発生するようにすること、例えば単一のデータパケットの送信の間に２つの不良フレームを有しないようにすることは可能である。さらに、部分的に露光されたフレームの繰り返し頻度を「Ｎｐ」またはその整数倍に等しくないようにすることが可能である。さらに、部分的に露光されたフレームを一度に１つのみ有することが可能であり得る（すなわち、連続して２つはない）。選択肢として、単一のヘッダブロックが部分露光されていても、データパケット内のデータブロックが同時に部分露光されることはないので、単一のヘッダブロックを識別することは可能でありうる。

本発明のいくつかの実施形態による、冗長位相シフトチャネルを使用して送信された信号を復号する場合に、受信機によって使用されるロジックを示すブロック図２１を参照する。

このプロセスは、ステップ２１０１において、受信機のカメラが、光タグの変調された光ビームの記録を含む一連の少なくとも「Ｎｐ」個のビデオフレームを取得するステップから開始してもよい。次に、ステップ２１０２において、受信機の専用タグ読取アルゴリズムが、１セットの完全な生データを得るために、空間的、時間的および色の領域にわたりフレームを分析する。次に、ステップ２１０３において、データパケットのペイロードセクションの開始を示すために、ヘッダセクションがデータ内に配置されてもよい。それぞれのデータフレームは、ステップ２１０４において、部分的に露光されたＬＥＤ画像２１０４の存在についてチェックされ、それが全く見つからなければ、ステップ２１０５において、主チャネルを使用して復号化が進められてもよい。曖昧なＬＥＤ画像が見つかった場合、ステップ２１０６において、対応するビット値が副チャネルを使用して復元される。すべてのデータブロックが正しく復元され、オリジナルのデータパケットが再構築されるとプロセスは完了する。

本発明のいくつかの実施形態による、家庭外（ＯＯＨ）広告の分野における光タグの可能な実用例を概略的に示す図２２を参照する。タグ１０１は、看板フレーム２２０１に貼付され、表示された広告と相補的なオンラインコンテンツへのリンクとして機能することが分かる。

ユーザ１０５が携帯機器１０２を光タグ１０１に向けると、携帯機器１０２の専用タグ読取アルゴリズムは、光タグ１０１の発光に関連する２進信号１０６を識別して復号するためにカメラを使用してもよい。そのように搬送された情報は、看板を明確に識別する少なくとも１つの固有識別子（ＵＩＤ）１０７を含んでもよい。専用タグ読取アルゴリズムは、さらに、いくつかのローカルエリアネットワークまたはワイドエリアネットワークを介して、外部コンピュータ化機器１０３と通信してもよい。したがって、専用タグ読取アルゴリズムは、広告関連コンテンツ２２０２を引き出すために、光タグ１０１のＵＩＤを追加情報と共に外部コンピュータ化機器１０３に送信してもよい。サーバに送信される追加情報は、例えば：読取機装置の識別データ、読取機装置のユーザの地理的位置、読取機装置のユーザに関する情報、送信されるテキストメッセージなどを含んでもよい。外部コンピュータ化機器（例えば、クラウドベースのサーバ）は、サーバと一般に通信している複数の光タグおよびその読取機装置に関する情報を、集約、保管、管理、分析し、そしてさらに送信してもよい。

本発明のいくつかの実施形態による店頭小売（Ａ）および展示（Ｂ）に関連する線形光タグを使用して可能にされた２つの実用例を概略的に示す図２３を参照する。線形光タグ２３０１が製品ディスプレイ（Ａ）の基部に沿って、または展示壁（Ｂ）の頂部に水平に配置される場合、それは垂直２次元平面を画定し、その中ですべての点がアドレス可能である、ことが分かる。

それにもかかわらず、線形光タグ２３０１は、指定された２次元平面内の任意の高さおよび任意の向きに配置されてもよいことが分かる。特に、光タグは、垂直に配置されてもよい。ユーザが光タグの読取り装置として構成されたカメラ付き携帯機器を向けると、機器の専用タグ読取りアルゴリズムは、線形光タグに沿った様々な場所（またはサブアレイ）によって搬送される情報（限定されないが、ＵＩＤを含む）を読取り、そしてこの情報を使用して、無線ネットワークを介してサーバーコンピュータから所定の情報を取得してもよい。

次いで、専用タグ読取アルゴリズムは、情報の異なる部分を線形光タグによって画定された２Ｄ平面内の異なる点に関連付けるため、画像センサ上のＬＥＤ投影の中の画素測定値を使用してもよい。選択肢として、情報２３０２の特定の部分は、図形が携帯機器の画面上に示された実際のシーンに重なるように、図形的な方法でエンドユーザに提示されてもよい。

いくつかの実施形態によれば、画面上に重ねられた情報の一部２３０３は相互作用型であってもよい。すなわち、携帯機器関連イベントをトリガするボタン、または追加情報へのハイパーリンクとして機能してもよい。

いくつかの実施形態では、読取装置の表示画面上に図形的に重ね合わされた情報の一部は、本質的に三次元であってもよい。例えば、グラフィックスは、製品または建物の視覚的表現を具現化してもよい。このような３Ｄ視覚表現は、動的および／または相互作用型であってもよい。すなわち、ユーザは、指のジェスチャーを使用して、または近くの場所に歩いてゆくことにより仮想物体を移動または回転させることができ、一方３Ｄビジュアルはその外観をそれに応じて変化させる。

本発明のいくつかの実施形態による、読取装置２４０１がタグ２４０２の視野方向内に配置されていない光タグ装置を概略的に示す、図２４を参照する。

いくつかの実施形態では、タグの様々な発光素子の光ビームは、読取装置２４０１の画像センサによって捕捉される前に、１つ以上の反射面２４０３に投射され、そこから光ビームがある角度で偏向されてもよい。効果的であるために、このような実施形態は、コリメートされた光ビームを発光するレーザダイオードのような、指向性発光素子を使用してもよい。選択肢として、光タグ２４０２は、変調された光ビームの少なくとも２つの構造化されたグループを同時に発光し、それぞれは異なる情報ストリームを搬送する。光ビームの各グループは、異なる反射面２４０３（例えば、面Ａおよび面Ｂ）上に向けられてもよい（例えば、音響光学変調器を使用して）。

単一の光タグは、複数の方向に向けられた、複数の構造化された光ビームグループを発光することができるが（例えば、半球面形）、各グループは異なる情報の流れを運んでもよいことが理解される。いくつかの実施形態では、ビームの各グループの経路上の最も遠い反射面は、それらのビームによって異なる角度から搬送される情報を、複数の受信装置が読み取ることを可能にするため、拡散性であってもよい。

明白に述べられていない限り、本明細書に記載の方法の実施形態は、時間順または入力の順序に制約されない。さらに、記載された方法要素のいくつかは、方法の一連の動作の間でスキップされてもよく、または反復されてもよい。

様々な実施形態が提示されてきた。これらの実施形態の各々は、勿論、提示された他の実施形態からの特徴を含んでもよく、具体的に記載されていない実施形態は、本明細書に記載される様々な特徴を含んでもよい。

Claims (41)

1. 機械可読情報を搬送するシステムであって、前記システムは：
   １つまたはそれ以上の発光素子を有する光タグと、
   ここで少なくとも１つの前記発光素子は、それぞれ第１と第２の相互に補完する色で発光するように構成される第１と第２の発光サブ素子を有し；
   前記光タグに動作可能に接続され、そして前記発光素子からの発光を変調するように構成されるコントローラと、
   ここで前記発光素子からの発光を変調するステップは、前記第１の発光サブ素子からの光を１つの信号で変調するステップと、そして前記第２の発光サブ素子からの光を前記信号の逆関数で変調するステップとを含み；
   前記光タグにより搬送される情報を検知するように構成される受信機装置と；
   を有し、
   ここで前記発光の変調は、毎秒３０回の変化よりも速く、人間の目によっては実質的に認識できない、照明の変化を提供する、
   ことを特徴とする機械可読情報を搬送するシステム。
2. 前記コントローラは少なくとも１つの所与の発光素子を制御して標準クロック信号を発光するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の発光サブ素子から発光される信号の位相は、前記第２の発光サブ素子から発光される信号の位相に対して既定の角度だけ偏位している、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記既定の角度は実質的に９０度より小さい、ことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. 前記コントローラは少なくとも１つの所与の発光素子を制御して１つのクロック信号を発光するように構成され、そしてここにおいて前記クロック信号を搬送しない少なくとも１つの発光素子の発光は前記クロック信号に従属し、そして２進情報を搬送し、そしてここにおいて前記２進情報は前記クロック信号で位相符号化される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記位相符号化された情報は、繰り返し搬送され、前記発光素子の送信レートは前記受信機装置の検知レートの整数倍である、ことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記発光素子はビデオ表示器の画素の明確なクラスタである、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記受信機装置は固定され、そして前記光タグは移動型である、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
9. 前記受信機装置は移動型であり、そして前記光タグは固定される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記光タグにより搬送される情報の追加部分は、前記光タグおよび前記光タグにより搬送される情報の、許可されない複製または模倣を防止する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
11. 前記光タグの外部にあるウェイクアップ信号の検知に続いて、有限の数の同一のデータパケットが前記光タグにより搬送される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
12. 前記ウェイクアップ信号はカメラのフラッシュにより開始される、ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記受信機装置はコンピュータ化された装置であり、そして受信した情報を復号するようにさらに構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
14. 前記受信機装置により受信した情報を外部装置に送信するように適応されるネットワーク接続をさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
15. 前記外部装置はコンピュータ化された装置であり、そして前記受信した情報を復号するように構成される、ことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
16. それぞれの発光素子は、対応する波長で発光するように構成される少なくとも２つの発光サブ素子を有し、それにより実質的に同じ情報が送信される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
17. 少なくとも１つの発光素子が人の目により実質的に認識可能な情報を搬送するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
18. 前記光タグにより搬送される前記情報の一部は前記光タグの不揮発性メモリ内に永久に保管される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
19. 前記永久に保管される情報は前記光タグの少なくとも１つの固有識別子（ＵＩＤ）を含む、ことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 前記コントローラは、所与のビットが１つ前のビットに対し差分符号化されている信号で、少なくとも１つの所与の発光素子を変調するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
21. 前記コントローラは、前記受信機装置のフレームレートの整数倍から既定の揺らぎ値だけ異なるクロックレートで前記発光を変調するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
22. 機械可読情報を搬送する方法であって、前記方法は：
    １つまたはそれ以上の発光素子で光信号を発光するステップと、
    ここで少なくとも１つの前記発光素子は、それぞれ第１と第２の相互に補完する色で発光するように構成される第１と第２の発光サブ素子を有し；
    前記発光素子からの発光を変調するステップと、
    ここで前記発光素子からの発光を変調するステップは、前記第１の発光サブ素子からの光を１つの信号で変調するステップと、そして前記第２の発光サブ素子からの光を前記信号の逆関数で変調するステップとを含み；
    前記変調された信号を受信しそして検知するステップと；そして
    前記受信された信号を復号するステップと；
    を有し、
    ここで前記変調は人間の目によっては実質的に認識できない、
    ことを特徴とする機械可読情報を搬送する方法。
23. 前記第１の発光サブ素子から発光される信号の位相は、前記第２の発光サブ素子から発光される信号の位相に対して既定の角度だけ偏位している、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 少なくとも１つの所与の発光素子を制御して１つのクロック信号を発光するステップを有し、そしてここにおいて前記クロック信号を搬送しない少なくとも１つの発光素子の発光は、前記クロック信号に従属し、そして２進情報を搬送し、そしてここにおいて前記２進情報は前記クロック信号で位相符号化される、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 前記位相符号化された情報を繰り返し搬送するステップを更に有し、前記発光素子の送信レートは前記受信機装置の検知レートの整数倍である、ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 前記発光素子はビデオ表示器の画素の明確なクラスタである、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
27. 前記発光を変調するステップは、所与のビットが１つ前のビットに対し差分符号化されている信号で、少なくとも１つの所与の発光素子を変調するステップを有する、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
28. 前記発光を変調するステップは、前記変調された信号を受信しそして検知するために使用されるフレームレートの整数倍から、既定の揺らぎ値だけ異なるクロックレートで前記発光を変調するステップを有する、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
29. 機械可読情報を搬送する方法であって、前記方法は：
    １つまたはそれ以上の発光素子で光信号を発光するステップと；
    前記発光素子からの発光を、所与のビットが１つ前のビットに対し差分符号化されている信号で変調するステップと、
    前記変調された信号を受信しそして検知するステップと；そして
    前記受信された信号を復号するステップと；
    を有し、
    ここで前記変調は人間の目によっては実質的に認識できない、
    ことを特徴とする機械可読情報を搬送する方法。
30. 異なる波長で照明できる複数の画素を有するビデオ表示器で、機械可読情報を搬送するシステムであって、前記システムは：
    前記ビデオ表示器内の画素の少なくとも１つの明確なクラスタと、
    ここで少なくとも１つの前記画素は、それぞれ第１と第２の相互に補完する色で発光するように構成される第１と第２のサブ画素を有し；
    前記画素の明確な前記クラスタに動作可能に接続され、そして前記画素からの発光を変調するように構成されるコントローラと、
    ここで前記画素からの発光を変調するステップは、前記第１のサブ画素からの光を１つの信号で変調するステップと、そして前記第２のサブ画素からの光を前記信号の逆関数で変調するステップとを含み；
    前記画素の前記クラスタにより搬送される情報を検知するように構成される受信機装置と；
    を有し、
    ここで前記発光の変調は、毎秒３０回の変化よりも速く、そして人間の目によっては実質的に認識できない、照明時間の変化を提供する、
    ことを特徴とする機械可読情報を搬送するシステム。
31. 前記コントローラは少なくとも１つの所与の画素を制御して標準クロック信号を発光するように構成される、ことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
32. 前記第１のサブ画素から発光される信号の位相は、前記第２のサブ画素から発光される信号の位相に対して既定の角度だけ偏位している、ことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
33. 前記コントローラは少なくとも１つの所与の画素を制御して１つのクロック信号を発光するように構成され、そしてここにおいて前記クロック信号を搬送しない少なくとも１つの画素の発光は、前記クロック信号に従属し、そして２進情報を搬送し、そしてここにおいて前記２進情報は前記クロック信号で位相符号化される、ことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
34. 前記位相符号化された情報は、繰り返し搬送され、前記画素の送信レートは前記受信機装置の検知レートの整数倍である、ことを特徴とする請求項３３に記載のシステム。
35. 前記コントローラは、所与のビットが１つ前のビットに対し差分符号化されている信号で、少なくとも１つの所与の画素を変調するように構成される、ことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
36. 前記コントローラは、前記受信機装置のフレームレートの整数倍から既定の揺らぎ値だけ異なるクロックレートで前記発光を変調するように構成される、ことを特徴とする請求項３０に記載のシステム。
37. 異なる波長で照明できる複数の画素を有するビデオ表示器で、機械可読情報を搬送するシステムであって、前記システムは：
    ビデオ表示器内の画素の少なくとも１つの明確なクラスタと；
    前記画素の明確な前記クラスタに動作可能に接続され、そして少なくとも１つの前記画素からの発光を、所与のビットが１つ前のビットに対し差分符号化されている信号で変調するように構成されるコントローラと；そして
    前記画素の前記クラスタにより搬送される情報を検知するように構成される受信機装置と；
    を有し、
    ここで前記発光の変調は、毎秒３０回の変化よりも速く、人間の目によっては実質的に認識できない、照明時間の変化を提供する、
    ことを特徴とする機械可読情報を搬送するシステム。
38. 機械可読光タグであって、前記タグは：
    １つまたはそれ以上の発光素子と、
    ここで少なくとも１つの前記発光素子は、それぞれ第１と第２の相互に補完する色で発光するように構成される第１と第２の発光サブ素子を有し；そして
    前記発光素子からの発光を変調するように構成されるコントローラと、
    ここで前記発光素子からの発光を変調するステップは、前記第１の発光サブ素子からの光を１つの信号で変調するステップと、そして前記第２の発光サブ素子からの光を前記信号の逆関数で変調するステップとを含み；
    を有し、
    ここで前記発光の変調は、毎秒３０回の変化よりも速く、人間の目によっては実質的に認識できない、照明時間の変化を提供する、
    ことを特徴とする機械可読光タグ。
39. 前記発光素子はビデオ表示器の画素の明確なクラスタである、ことを特徴とする請求項３８に記載の光タグ。
40. 前記コントローラは、所与のビットが１つ前のビットに対し差分符号化されている信号で、少なくとも１つの所与の発光素子を変調するように構成される、ことを特徴とする請求項３８に記載の光タグ。
41. さらに電源を有する、ことを特徴とする請求項３８に記載の光タグ。