JP5048440B2

JP5048440B2 - 光通信システム

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Publication number: JP5048440B2
Application number: JP2007252555A
Authority: JP
Inventors: 好克木村; 芳樹二宮; 清澄城殿; 良博西村; 敬也山里; 伸太郎荒井; 俊彰藤井; 知博圓道; 正幸谷本
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009088704A

Description

本発明は、光通信システムに係り、特に、複数の発光素子の点滅によってデータを送信する光通信システムに関する。

従来より、車両に交通情報を提供する光ビーコンの通信技術が知られている（特許文献１）。また、車両に設けられている発光手段による光に信号を重畳して発光し、これを他の車両の受光手段が受光することによって車両間通信を行なうようにした車両間通信システムが知られている（特許文献２）。また、複数の異なる信号光を別々のエリアに送信する場合に、簡単な構成でユーザにとって各受信エリアを視覚的に認識可能にする可視光通信装置が知られている（特許文献３）。

また、複数のＬＥＤを利用した光空間通信では、点灯させるＬＥＤのパターンによって情報伝送が行われる。受信側では、カメラで取得した個々のＬＥＤの位置および輝度情報に基づいて、データ復調が行われる。
特開平９−１６８８８特開２００４−３２６７０５特開２００４−１９３８９８

しかしながら、複数のＬＥＤを利用した光空間通信で、送受信機間の距離が離れている場合には、カメラで撮像された画像の画素において、複数のＬＥＤが重なってしまい、画像の画質が劣化し、各ＬＥＤの位置を識別することができないため、精度よくデータ通信を行うことができない、という問題がある。

また、画像の画質が劣化するもう一つの理由として、送受信機間の距離が長くなるにつれて、画像の空間周波数の高周波成分が失われてしまうことが言える。画像の空間周波数とは画像の周期構造の細かさを表わす数値であり、全体に滑らかな部分の多い画像は低周波数成分が多く、変化の激しい部分（細かい図面や輪郭線など）の多い画像は高周波数が多いと呼ぶ。つまり、送受信機間の距離が長くなると、画像の高周波成分は失われ、低周波成分のみが撮像されるために、画像の画質が劣化する。

また、複数のＬＥＤを利用した光空間通信で、送信側のＬＥＤの点滅のタイミングと、受信側のカメラのシャッターのタイミングとを合わせることが困難であるため、精度よくデータ通信を行うことができない、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、受信側で発光素子の各々の位置を特定できるようにして、精度よくデータ通信を行うことができる光送信装置及び光通信システムを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、送信側と受信側とで正確にタイミングが合わせられない場合であっても、精度よくデータ通信を行うことができる光通信システムを提供することを第２の目的とする。

上記の第１の目的を達成するために第１の発明に係る光通信システムは、複数の発光素子が２次元に配列された光源、及び前記光源の前記複数の発光素子を複数の発光素子群に分割したときの前記発光素子群の各々について最も近い位置に存在する発光素子群と同時に点灯しない複数種類の点滅パターンをヘッダーとし、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターン及び送信すべきデータに応じた点滅パターンで、前記光源の複数の発光素子を点滅させる光送信制御手段を含む光送信装置と、前記光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像に基づいて、前記複数の発光素子の各々の位置を検出する位置検出手段、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像と、前記検出された前記複数の発光素子の各々の位置とに基づいて、前記複数の発光素子の各々の基準輝度を検出する輝度値検出手段、及び前記位置検出手段によって検出された前記位置及び前記輝度値検出手段によって検出された前記基準輝度に基づいて、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度を補正し、輝度が補正された前記画像を、該データに復調する復調手段を含む光受信装置とを含んで構成されている。

第１の発明に係る光送信装置によれば、光送信制御手段によって、発光素子群の各々について最も近い位置に存在する発光素子群と同時に点灯しない点滅パターンをヘッダーとし、ヘッダーの点滅パターン及び送信すべきデータに応じた点滅パターンで、光源の複数の発光素子を点滅させる。

このように、発光素子群の各々について最も近い位置に存在する発光素子群と同時に点灯しない点滅パターンをヘッダーとして、複数の発光素子を点滅させることにより、受信側で発光素子の各々の位置を特定することができるため、精度よくデータ通信を行うことができる。

第１の発明に係るヘッダーの点滅パターンを、発光素子群を模様の単位とした格子模様の点灯パターンを含んで構成することができる。これによって、受信側で発光素子の各々の位置を特定することができる。

第１の発明に係る光通信システムは、上記の光送信装置と、前記光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記ヘッダーの前記点滅パターンを撮像した画像に基づいて、前記複数の発光素子の各々の位置を検出する位置検出手段、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像と、前記検出された前記複数の発光素子の各々の位置とに基づいて、前記複数の発光素子の各々の基準輝度を検出する輝度値検出手段、及び前記位置検出手段によって検出された前記位置及び前記輝度値検出手段によって検出された前記基準輝度に基づいて、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度を補正し、輝度が補正された前記画像を、該データに復調する復調手段を含む光受信装置と、を含んで構成されている。

第１の発明に係る光通信システムによれば、光送信装置において、光送信制御手段によって、発光素子群の各々について最も近い位置に存在する発光素子群と同時に点灯しない点滅パターンをヘッダーとし、ヘッダーの点滅パターン及び送信すべきデータに応じた点滅パターンで、光源の複数の発光素子を点滅させる。

また、光受信装置において、撮像手段によって、光送信装置の複数の発光素子を撮像する。位置検出手段によって、撮像手段によって撮像された画像のうち、ヘッダーの点滅パターンを撮像した画像に基づいて、複数の発光素子の各々の位置を検出する。輝度値検出手段によって、ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像と、前記検出された前記複数の発光素子の各々の位置とに基づいて、前記複数の発光素子の各々の基準輝度を検出する。

そして、復調手段によって、位置検出手段によって検出された位置及び輝度値検出手段によって検出された基準輝度に基づいて、撮像手段によって撮像された画像のうち、送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度を、該データに復調する。

このように、光送信装置によって、発光素子群の各々について最も近い位置に存在する発光素子群と同時に点灯しない点滅パターンをヘッダーとして、複数の発光素子を点滅させることにより、光受信装置側で発光素子の各々の位置を特定することができるため、精度よくデータ通信を行うことができる。

第２の発明に係る光通信システムは、複数の発光素子が２次元に配列された光源、及び前記発光素子の各々について最も近い位置に存在する発光素子と同時に点灯しない複数種類の点滅パターンをヘッダーとし、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターン及び送信すべきデータに応じた点滅パターンで、前記光源の複数の発光素子を点滅させる光送信制御手段を含む光送信装置と、前記光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像に基づいて、前記複数の発光素子の各々の位置を検出する位置検出手段、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像と、前記検出された前記複数の発光素子の各々の位置とに基づいて、前記複数の発光素子の各々の基準輝度を検出する輝度値検出手段、及び前記位置検出手段によって検出された前記位置及び前記輝度値検出手段によって検出された前記基準輝度に基づいて、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度を補正し、輝度が補正された前記画像を、該データに復調する復調手段を含む光受信装置とを含んで構成されている。

以上説明したように、本発明の光通信システムによれば、発光素子群の各々について最も近い位置に存在する発光素子群と同時に点灯しない点滅パターンをヘッダーとして、複数の発光素子を点滅させることにより、受信側で発光素子の各々の位置を特定することができるため、精度よくデータ通信を行うことができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、車両に搭載された車載カメラと、ＬＥＤ信号機との間で、光通信によってデータを送受信する光通信システムに、本発明を適用した場合を例に説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態に係る光通信システム１０は、例えば、ＬＥＤ信号機を用いて構成され、ＬＥＤ信号機のＬＥＤを高速に点滅させてデータを送信する光送信装置１２と、車両に搭載された車載カメラを用いて構成され、車載カメラによって光送信装置１２のＬＥＤを撮像してデータを受信する光受信装置１４とを備えている。

光送信装置１２は、ＬＥＤ信号機に設けられ、かつ、複数のＬＥＤを二次元配列（例えば、１６×１６）した発光源としてのＬＥＤアレイ１６と、送信データとして入力されたデータ列に応じて、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤを点滅させる通信制御部１８とを備えている。各ＬＥＤは、多量のデータを送信するために、高速にスイッチング（オンオフ）される。

光受信装置１４は、車載カメラで構成され、かつ、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６を高速に連続して撮像する高速カメラ２０と、高速カメラ２０によって撮像された画像データに対して、種々の画像処理を行って、デジタルデータである画像を生成する画像処理部２２と、生成された画像に基づいて、データ復調を行なうデータ復調部２４とを備えている。

光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６の複数のＬＥＤは、任意の形に並べられている。また、送信すべきデータが、各ＬＥＤの輝度の変化に変調される。ＬＥＤは、点灯及び消灯によって輝度を変化させるが、本実施の形態では、その輝度を高速に変化させるため、人間の目では輝度の変化をはっきりと見ることが出来ない。また、並べられたＬＥＤ全てを用いる必要はなく、一部のＬＥＤのみの輝度を変化させるようにしてもよい。

ここで、ＬＥＤの輝度は光の強さを表し、複数のＬＥＤの各々の輝度の変化を用いて情報が伝送される。ＬＥＤの輝度の変化は、ＬＥＤの点灯時間の変化によって実現される。例えば、図２に示すように、点灯時間を変化させることによって、輝度０及び輝度１を表す。ここで、図２中のＴ_ｂは、１シンボルあたりの最大点灯時間（１シンボル期間）を表しており、点灯時間が１シンボル期間である場合には、最大輝度“１”を表わす。

光送信装置１２の通信制御部１８は、コンピュータで構成され、ＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。この通信制御部１８をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図３に示すように、データの優先度ごと（高優先度、中優先度、低優先度）に、ＬＥＤアレイ１６のＬＥＤの配置に一致するように、入力信号が示すデータを各ＬＥＤに割り当てるマッピング部３０と、ＬＥＤの配置に一致するように割り当てられたデータに対して、２次元高速逆ウェーブレット変換（２ＤＩＦＨＷＴ）を行うウェーブレット変換部３２と、２次元高速逆ウェーブレット変換されたデータの正規化を行うと共に、バイアスを付加する正規化バイアス付加部３４と、正規化バイアス付加部３４によって生成されたデータの先頭にヘッダーを付加するヘッダー付加部３６と、付加されたヘッダーの点滅パターン及びデータに応じた点滅パターンでＬＥＤアレイ１６を点滅させて、送信すべきデータを送信する送信制御部３８と、を備えている。

正規化バイアス付加部３４は、データの正規化及びバイアスの付加によって、輝度０、１で表した輝度データを生成する。ヘッダー付加部３６には、ヘッダーとして付加するデータとして、全点灯の点灯パターンのデータ、全消灯の点灯パターンのデータ、及び格子模様の点灯パターンのデータが予め用意されており、ヘッダー付加部３６は、これらの点灯パターンで構成される点滅パターンを、ヘッダーの点滅パターンとして付加する。

光受信装置１４の高速カメラ２０は、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６の点滅を撮像する。ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの輝度は、上述したように、ＬＥＤの点灯時間の変化で表されるため、ＬＥＤの輝度を撮影するために、高速カメラ２０は、１シンボル期間の点灯の変化を捉える。また、データは連続しており、連続するシンボル期間の各１シンボル期間から、ＬＥＤの輝度を検出する。

光受信装置１４のデータ復調部２４は、コンピュータで構成され、ＣＰＵ、プログラムを記憶したＲＯＭ、データ等を記憶するＲＡＭ、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。このデータ復調部２４をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図４に示すように、高速カメラ２０によって撮像された画像のうち、ヘッダーの点滅パターンを撮像した画像から、ＬＥＤアレイ１６の位置を検出するＬＥＤアレイ検出部４０と、ヘッダーの点滅パターンを撮像した画像における、検出されたＬＥＤアレイ１６の位置から、ＬＥＤ１つ１つの位置を検出すると共に、各ＬＥＤの最大輝度値を検出するＬＥＤ位置輝度値検出部４２と、撮像された画像のうち、送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像から、各ＬＥＤの輝度を検出するＬＥＤ輝度値検出部４４とを備えている。

ＬＥＤアレイ検出部４０は、連続して撮像された画像から、ＬＥＤアレイ１６の全点灯の点灯パターンを撮像した画像と全消灯の点灯パターンを撮像した画像とを検出し、それらの画像の後に撮像された画像を、ヘッダーの点滅パターンを撮像した画像と判断して、ヘッダーの点滅パターンを撮像した画像から、ＬＥＤアレイ１６の位置を検出する。

ＬＥＤ位置輝度値検出部４２は、後述する格子模様の点灯パターンを撮像したヘッダーとしての画像から、１つのＬＥＤが光っている範囲を見付け、ＬＥＤの位置を検出すると共に、見付かった範囲から、輝度補正のための最大輝度値を検出する。

また、光受信装置１４のデータ復調部２４は、輝度補正のための最大輝度値を用いて、データに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度の補正を行うと共に、逆バイアスを加える輝度補正逆バイアス部４６と、輝度が補正され、かつ、逆バイアスが加えられた画像に対して、２次元高速ウェーブレット変換（２ＤＦＷＴ）を行なうウェーブレット変換部４８と、２次元高速ウェーブレット変換を行なった画像について、検出された各ＬＥＤの位置での値が０より大きいか否かを判定して、各ＬＥＤの輝度を＋１、−１で表わされるデータに変換する閾値判定部５０と、±１で表わされるデータに基づいて、受信データを生成するデータ生成部５２とを備えている。

次に、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６のヘッダーの点滅パターンについて説明する。

光受信装置１４は、高速カメラ２０で撮像された画像から、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの輝度を読み取る。このとき、受信側で輝度の取り得る値が分っていたとしても、輝度の数値的な値は、高速カメラ２０の精度や撮像した画像によって異なってしまう。そこで、本実施の形態では、送信パケットの先頭に、復調のための情報をヘッダーとして挿入して、送信パケットの開始位置やＬＥＤ１つが光る範囲などを示す情報を、送信パケットに保持させる。なお、ヘッダーは、送信パケットの送信データの後に挿入してもよく、また、他の部分に挿入してもよく、受信側がヘッダーの位置を認識できればよい。以下に、ヘッダーの点滅パターンに挿入される点灯パターンについて説明する。

まず、送信パケットの開始の合図及び同期捕捉のために、ヘッダーの点滅パターンに挿入される点灯パターンについて説明する。光受信装置１４の高速カメラ２０によって、ＬＥＤアレイ１６のＬＥＤの輝度を撮像するときに、シャッターのタイミングとＬＥＤアレイ１６の点滅パターンのタイミングとを正確に合わせることは不可能である。なぜなら、光受信装置１４側は、光送信装置１２側のＬＥＤがいつ点灯を始めるのかが不明だからである。さらに、送信パケットの開始位置やパケットの長さなど、送信パケットからデータを取り込むための情報が無い場合には、データ復調が困難である。そこで、データ送信の開始の合図及び同期捕捉のために、ヘッダーの点滅パターンに、２種類の点灯パターンを挿入する。

光送信装置１２側と光受信装置１４側とで既知となっている２種類の点灯パターンを用意し、光送信装置１２側はこの２種類の点灯パターンを交互に入れてＬＥＤアレイ１６を点滅させることで、光受信装置１４側は同期を捕捉することができ、さらに送信パケットの開始位置も分かるので、この開始位置から１シンボルあたりのＬＥＤの点灯時間を捕捉することができる。

ここで、同期とは、光受信装置１４がＬＥＤの１シンボルあたりの輝度を読み込むために、高速カメラ２０のシャッターのタイミングと、１シンボルあたりのＬＥＤの点灯開始タイミングとの時間軸のずれを捉えることを意味し、この時間軸のずれを用いて、光受信装置１４によって、ＬＥＤの輝度が取得される。なお、２種類の点灯パターンを、送信パケットの前後に挿入すれば、データ送信の開始及び終了の合図としても用いることが可能である。

次に、ＬＥＤの位置特定のための格子模様の点灯パターンについて説明する。先に記した通り、高速カメラ２０の性能により、光送信装置１２との距離が離れると、高速カメラ２０で撮像した画像の１つの画素には、複数のＬＥＤの点灯の様子が写ってしまう。言い替えると、隣同士、または四方のＬＥＤの光が画像の１つの画素に重なってしまい、どの画素がｉ番目のＬＥＤ（ｉ＝１，２，…，ｎ×ｎ）に対応しているのかを探し出すことが困難となる。そこで、ヘッダーの点滅パターンに、ＬＥＤアレイ１６が格子模様に点灯する点灯パターンを挿入する。

本実施の形態では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すような２種類の格子模様の点灯パターンを用いる。なお、ＬＥＤアレイ１６には６４個（８×８）のＬＥＤが配置されていると仮定し、図中の「○」はＬＥＤ１個を、線の囲みが１つの輝度を表す範囲を表している。また、図中の「●」はＬＥＤの点灯状態を、「○」は消灯状態を表している。このような格子模様の点灯パターンをヘッダーの点滅パターンに挿入することにより、光受信装置１４側で、各ＬＥＤが及ぼす光の位置及び範囲を認識することができるので、画像から各ＬＥＤが示すピクセルの位置及び範囲を決定することが容易となる。

ここで、輝度値の補正のための点灯パターンについて説明する。光受信装置１４側において、各ＬＥＤの位置の特定と同時に行なわなければならないのは、輝度値の補正である。先に記したとおり、輝度の数値的な値は、高速カメラ２０の精度や撮像された画像によって異なるため、ヘッダーの点滅パターンに挿入された上記の格子模様の点灯パターンによって、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの基準輝度としての最大輝度値を取得する。最大輝度値が分れば、その値を基に、高速カメラ２０が撮った画像の輝度を補正することができる。

例えば、画像がグレースケールである場合、画像の輝度値は、最小輝度値０（黒）から最大輝度値２５５（白）の２５６段階で表される。実際にカメラで撮像した場合、撮像された画像はＬＥＤの輝度値をこの２５６段階で表しているため、受信側は、２種類の格子模様の点灯パターンを撮像した画像から、各ＬＥＤの最大輝度値を読み取り、後に続くデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度値を、その最大輝度値で割ることによって、各ＬＥＤの輝度値を０から１の範囲の値に補正することができる。

上述したように、光送信装置１２は、図６（Ａ）に示すように、送信パケットの先頭にヘッダーを挿入し、図６（Ｂ）に示すように、ヘッダーに、全点灯の点灯パターン、全消灯の点灯パターン、及び２種類の格子模様点灯パターンからなる点滅パターンを用いて、ＬＥＤアレイ１６を点滅させて、光送信装置１２から光受信装置１４に、送信パケットの開始の合図を送ると共に、光送信装置１２と光受信装置１４との間で同期捕捉を行う。また、光受信装置１４は、高速カメラ２０によってヘッダーの点滅パターンを撮像した画像に基づいて、各ＬＥＤの位置を特定するとともに、各ＬＥＤの輝度値の補正を行う。

なお、送信データに応じた点滅パターンは、送信データに応じて、連続するシンボル期間の１シンボル期間内の点灯時間を変化させた点滅パターンであり、この点滅パターンを用いて、ＬＥＤアレイ１６を点滅させて、光送信装置１２から光受信装置１４に、送信パケットのデータを伝送する。

次に、光受信装置１４におけるデータ復調方法について説明する。まず、高速カメラ２０による撮影と輝度取得方法について説明する。

光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの輝度の変化を、高速カメラ２０によって画像として取り込むことは、本実施の形態に係る光通信システム１０において非常に重要である。しかし、高速カメラ２０のシャッタースピード（ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ）と、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６の点滅スピード（Ｈｚ／Ｓｙｍｂｏｌ）とを正確なタイミングで合わせることが困難である。そこで、本実施の形態では、送信側と受信側とで正確にタイミングを合わせることなく輝度を取得する方法によって、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの輝度の変化を取得する。

本実施の形態では、以下に説明する撮像方法によって、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの輝度の変化を取得する。本実施の形態に係る光受信装置１４では、高速カメラ２０によって、実際のＬＥＤの輝度の変化に対し、画像を余分に撮像する。そして、余分に撮像した画像から必要な画像を抜き出し、抜き出した画像から、各ＬＥＤの輝度を取得する。

次に、１個のＬＥＤの輝度を取得する方法について、図７を用いて説明する。なお、以下では、高速カメラ２０の電荷蓄積期間が、光送信装置１２の１シンボル期間の１／２である場合を例に説明する。

光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６のある１つのＬＥＤの輝度値が、図７（Ａ）に示すように時間的に変化する。ここで、Ｔ_ｂは、ＬＥＤの１シンボル期間（点灯周期）を表し、Ｔ_ｂごとにオン、オフを繰り返すような点滅パターンで、ＬＥＤを点滅させる場合を仮定している。

また、光受信装置１４の高速カメラ２０は、シャッターを開放する電荷蓄積期間（サンプリング区間、図７（Ａ）、（Ｂ）の点線の区間参照）に、ＬＥＤの点灯状態を撮像し、撮像された画像からＬＥＤの輝度を取得する。これにより、図７（Ｂ）に示すように、各サンプリング区間内の輝度値が得られ、この値から画像の画素の輝度値が決定される。

上記図７（Ａ）から分かるように、光送信装置１２と光受信装置１４との間で、時間同期が完全でない場合、すなわち、光送信装置１２のシンボル期間（点灯周期）と光受信装置１４の高速カメラ２０の電荷蓄積期間（サンプリング区間）とが噛み合わない場合、高速カメラ２０の電荷蓄積期間が、ＬＥＤの異なるシンボル期間にまたがる可能性がある。

このとき、図７（Ｂ）に示すように、ＬＥＤの１シンボル期間（点灯周期）の２倍の速度で高速カメラ２０によってＬＥＤを撮像することにより、光送信装置１２及び光受信装置１４の間の時間同期が完全でない場合でも、２回に１回は、異なるシンボル期間をまたがらないで、ＬＥＤの点灯状態を撮像することができる。

従って、本実施の形態では、１シンボル期間あたりに２枚の画像を撮影し、この２枚の画像から１枚の画像を選択し、選択した画像を用いて各ＬＥＤの輝度を判定する。図７（Ｃ）に示すように、撮像された画像を１つ飛ばしに選択して取り出すことで、異なるシンボル期間にまたがらない輝度を取得することができる。

次に、第１の実施の形態に係る光通信システム１０の作用について説明する。まず、光送信装置１２において、送信パケットのヘッダーとして、図８（Ａ）に示すような全点灯の点灯パターン、図８（Ｂ）に示すような全消灯の点灯パターン、図８（Ｃ）に示すような格子模様の点灯パターン、及び図８（Ｄ）に示すような格子模様の点灯パターンで構成される点滅パターンで、ＬＥＤアレイ１６を点滅させ、その後に、送信データに応じた点滅パターンで、ＬＥＤアレイ１６を点滅させる。光送信装置１２は、上記の処理を、繰り返し行う。

また、光受信装置１４において、高速カメラ２０によって、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６を連続して撮像する。そして、撮像された画像から、全点灯の点灯パターンを撮像した画像を抽出して、抽出した全点灯の点灯パターンを撮像した画像から、ＬＥＤアレイ１６の位置を検出し、また、全消灯の点灯パターンを撮像した画像をさらに抽出して、全点灯の点灯パターンを撮像した画像及び全消灯の点灯パターンを撮像した画像に基づいて、１シンボル期間を算出する。

そして、高速カメラ２０によって、連続して撮像された画像から、２種類の格子模様の点灯パターンを撮像した画像を抽出し、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの位置を特定すると共に、各ＬＥＤの最大輝度値を取得する。そして、図９（Ａ）〜（Ｆ）に示すような、ＬＥＤアレイ１６の送信データに応じた点滅パターンを、１シンボル期間の１／２の電荷蓄積期間で連続して撮像し、連続して撮像された画像から、１つ飛ばしに所望のＬＥＤの輝度が撮像された画像を選択して取得する（上記図９（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ））。

そして、選択して取得した画像に対して、特定された各ＬＥＤの位置及び取得した各ＬＥＤの輝度に基づいて、データ復調を行い、受信データを取得する。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る光通信システムによれば、光送信装置によって、２種類の格子模様の点灯パターンを含んで構成された点滅パターンをヘッダーとして、ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤを点滅させることにより、光受信装置側でＬＥＤの各々の位置を特定することができるため、精度よくデータ通信を行うことができる。

また、光受信装置において、ヘッダーの点滅パターンに挿入された格子模様の点灯パターンを撮像した画像から、複数のＬＥＤの各々の最大輝度値を取得し、送信データに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度値を補正するため、ＬＥＤの点滅時の輝度を精度よく取得することができる。

光送信装置側で、ヘッダーの点滅パターンに、光受信装置側で必要となる輝度値補正及びＬＥＤの位置特定のための点灯パターンを挿入することで、光受信装置における受信精度を向上させることができる。

また、光受信装置は、１シンボル期間の１／２の電荷蓄積期間で、ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤを連続して撮像し、撮像された画像から選択した画像の輝度を、データに復調することにより、送信側と受信側とで正確にタイミングが合わせられない場合であっても、精度よくデータに復調することができるため、精度よくデータ通信を行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、縦方向及び横方向に複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、放射状に複数のＬＥＤを配列したＬＥＤアレイを用いてもよい。この場合には、格子模様の点灯パターンではなく、各ＬＥＤについて、最も近い位置に存在するＬＥＤとオンオフが逆となる２種類の点灯パターンを用意し、この２種類の点灯パターンを、点滅パターンに挿入すればよい。これによって、最も近い位置に存在するＬＥＤとオンオフが逆になるため、光受信装置において、ＬＥＤの位置の特定が容易となる。

また、格子模様の点灯パターンを、ヘッダーの点滅パターンに挿入した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、各ＬＥＤについて、最も近い位置に存在するＬＥＤと同時に点灯しない複数種類の点灯パターンを、ヘッダーの点滅パターンに挿入してもよい。これによって、最も近い位置に存在するＬＥＤと同時に点灯しないため、光受信装置において、ＬＥＤの位置の特定が容易となる。

また、ヘッダーの点滅パターンに、全点灯の点灯パターンと全消灯の点灯パターンとを１つずつ挿入した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、全点灯の点灯パターンと全消灯の点灯パターンと繰り返す点滅パターンを、ヘッダーの点滅パターンに挿入してもよい。全点灯の点灯パターンと全消灯の点灯パターンとを繰り返す点滅パターンによって、光受信装置において、同期を容易に捕捉することができる。

また、格子模様の点灯パターンから、最大輝度値を取得する場合を例に説明したが、格子模様の点灯パターンから特定された各ＬＥＤの位置に基づいて、全点灯の点灯パターンを撮像した画像から、ＬＥＤアレイの全ＬＥＤの最大輝度値を取得するようにしてもよい。

また、光受信装置では、高速カメラによって、１シンボル期間の１／２の電荷蓄積期間で連続して撮像する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、高速カメラによって、１シンボル期間の１／２以下の電荷蓄積期間で連続して撮像すればよい。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態に係る光通信システムの構成は、第１の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、送信すべきデータを、複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群の点灯で表される輝度の変化に変調している点が、第１の実施の形態と異なっている。

光送信装置１２と光受信装置１４との間の距離が離れるに従って、ＬＥＤ１つ１つの点滅を検出することが困難となる。主たる原因として、光受信装置１４の高速カメラ２０の精度と光送信装置１２のＬＥＤの指向性とがある。例えば、光送信装置１２と光受信装置１４との間の距離が離れると、高速カメラ２０で撮像した画像において、一つの画素に、複数のＬＥＤの点灯の様子が写ってしまう。また、ＬＥＤの半値角が広い物を使用した場合、高速カメラ２０で撮像された画像において、ＬＥＤの明るさが暗くなってしまう。

そこで、第２の実施の形態に係る光送信装置１２の通信制御部１８では、マッピング部３０によって、個々のＬＥＤで１つの輝度を表すのではなく、複数のＬＥＤで１つの輝度を表すように、入力信号が示すデータを、複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群の輝度の変化に変調し、輝度をＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤ群に割り当てる。

１つの輝度を表わすために、複数のＬＥＤを使用することで、データレートは減少するが、ＬＥＤの輝度の変化を光受信装置１４側で容易に検出する事が出来る。なぜなら、輝度を表す際、ＬＥＤの消灯する範囲が広範囲になり、高速カメラ２０でその消灯を捉えることが可能となるためである。また、ＬＥＤアレイ１６において、輝度を従来よりも粗く割り当てるため、低周波成分を強調させることとなる。光受信装置１４と光送信装置１２との距離が離れるに従い、光受信装置１４において撮像される画像について、高周波成分がカットされ、低周波成分しか残らなくなることから、データレートが減少しても誤り率が低下する。

次に、ＬＥＤ群として割り当てるＬＥＤの個数について説明する。例えば、図１０に示すように、ＬＥＤアレイ１６におけるＬＥＤの配列が８×８であると仮定し、４個のＬＥＤからなるＬＥＤ群を使用して、１つの輝度を表す。なお、上記図１０において、「○」はＬＥＤ１個を表わし、線の囲みが、１つの輝度を表すＬＥＤ群の範囲を表している。

上記図１０の例では、４個のＬＥＤからなるＬＥＤ群で１つの輝度を表わしているため、１個のＬＥＤで１つの輝度を表わす場合と比較すると、ＬＥＤ群で１つの輝度を表わす場合には、データレートが１／４に低下する。

次に、ＬＥＤの位置特定及び輝度値補正のための格子模様の点灯パターンについて説明する。第２の実施の形態では、ヘッダーの点滅パターンに、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すような、ＬＥＤアレイ１６を格子模様に点灯させる２種類の点灯パターンを挿入する。

上記図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、１つの輝度を表わす４個のＬＥＤからなるＬＥＤ群を模様の単位とした格子模様の点灯パターンを用いる。このような格子模様の点灯パターンをヘッダーとして用いることにより、光受信装置１４側で、各ＬＥＤ群が及ぼす光の範囲を認識することができるので、画像から各ＬＥＤ群が示す画素の範囲を決定することが容易となる。

また、光受信装置１４は、上記図１１に示すような２種類の格子模様の点灯パターンを撮像した画像から、各ＬＥＤ群の最大輝度値を読み取り、その最大輝度値で後に続くデータ部の輝度値を割ることによって、各ＬＥＤ群の輝度値を０から１の範囲の値に補正することができる。

第２の実施の形態に係る光送信装置１２は、送信パケットのヘッダーとして、全点灯の点灯パターン、全消灯の点灯パターン、上記図１１（Ａ）に示すような格子模様の点灯パターン、及び上記図１１（Ｂ）に示すような格子模様の点灯パターンで構成される点滅パターンで、ＬＥＤアレイ１６を点滅させ、その後に、送信データを変調したＬＥＤ群の輝度の変化に応じた点滅パターンで、ＬＥＤアレイ１６を点滅させる。

このように、複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群で、１つの輝度を表わすことによって、光受信装置と光送信装置との距離が離れる場合であっても、光通信の誤り率を低下させることができる。

次に、第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態に係る光通信システムの構成は、第１の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。

第３の実施の形態では、撮像した複数の画像から必要な画像の選択を行わず、撮像した画像全てを用いて輝度値を検出している点と、撮像した複数の画像の輝度を平均して、輝度値を取得している点とが、第１の実施の形態と主に異なっている。

第３の実施の形態に係る光受信装置１４におけるデータ復調方法について説明する。まず、高速カメラ２０によって、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤの１シンボル期間（点灯周期）の１／２を電荷蓄積時間として撮像し、実際のＬＥＤの輝度の変化に対し、画像を余分に撮像する。

次に、１個のＬＥＤから輝度を検出する方法について、図１２を用いて説明する。ここで、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６のある１つのＬＥＤの輝度が、図１２（Ａ）に示すように、ＬＥＤの１シンボル期間Ｔ_ｂごとにオンオフを繰り返すように時間的に変化する場合を仮定する。

光受信装置１４の高速カメラ２０は、電荷蓄積期間（サンプリング区間、図１２の点線の区間参照）に、ＬＥＤの点灯状態を撮像し、撮像された画像からＬＥＤの輝度を取得する。これにより、図１２（Ｂ）に示すように、各サンプリング区間内の輝度値が得られ、この値から画像の画素の輝度値が決定される。

そして、図１２（Ｃ）に示すように、１シンボル期間に対応する期間に撮像された２枚の画像について、画像の輝度を足して平均を取り、２枚の画像の輝度を平均した値を、光送信装置１２から送信された各ＬＥＤの輝度値と決定する。

ここで、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６のシンボル期間（点灯周期）と、高速カメラ２０の電荷蓄積期間とが噛み合わない場合、高速カメラ２０の電荷蓄積期間が、ＬＥＤの異なるシンボル期間にまたがり、余分な輝度の干渉による影響を受けてしまうが、ＬＥＤの輝度がオンまたはオフのみで表されるため、輝度値の補正を行えば、各ＬＥＤの輝度を検出することができる。

次に、第３の実施の形態に係る光通信システム１０の作用について説明する。まず、光送信装置１２において、第１の実施の形態と同様に、ヘッダーの点滅パターンで、ＬＥＤアレイ１６を点滅させ、その後に、送信データに応じた点滅パターンで、ＬＥＤアレイ１６を点滅させる。光送信装置１２は、上述した処理を、繰り返し行う。

また、光受信装置１４において、高速カメラ２０によって、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６を連続して撮像し、全点灯の点灯パターンを撮像した画像から、ＬＥＤアレイ１６の位置を検出し、全点灯の点灯パターンを撮像した画像及び全消灯の点灯パターンを撮像した画像から、１シンボル期間を算出する。そして、連続して撮像された画像から、２種類の格子模様の点灯パターンを撮像した画像を抽出し、ＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの位置を特定すると共に、各ＬＥＤの輝度を取得する。

そして、ＬＥＤアレイ１６の送信データに応じた点滅パターンを、１シンボル期間の１／２の電荷蓄積期間で連続して撮像し、１シンボル期間に対応する期間に撮像された２枚の画像に対して、画像の輝度を足して平均を取る。

そして、２枚の画像の輝度の平均に対して、特定された各ＬＥＤの位置及び取得した各ＬＥＤの輝度に基づいて、データ復調を行い、受信データを取得する。

このように、光受信装置は、１シンボル期間の１／２の電荷蓄積期間で、ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤを連続して撮像し、１シンボル期間に対応する期間に撮像した２つの画像の輝度の平均を、データに復調することにより、送信側と受信側とで正確にタイミングが合わせられない場合であっても、精度よくデータに復調することができるため、精度よくデータ通信を行うことができる。

次に、第４の実施の形態について説明する。なお、第４の実施の形態に係る光通信システムの構成は、第１の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。

第４の実施の形態では、光送信装置のＬＥＤアレイの各ＬＥＤにおいて、階調を用いて輝度を表わしている点が主に第１の実施の形態と異なっている。

第４の実施の形態に係る光送信装置１２は、例えば、図１３に示すように、各ＬＥＤの点灯時間を変化させることによって、各ＬＥＤの５階調の輝度を表す。ここで、図１３中のＴ_ｂは、１シンボルあたりの最大点灯時間（１シンボル期間）を表しており、１シンボル期間の点灯時間によって、最大輝度“１”が表わされる。この１シンボル期間を基準として、輝度“１／２”を表す場合には、Ｔ_ｂの半分の長さの点灯時間でＬＥＤを点灯させればよい。また、任意の階調は、Ｔ_ｂを基準に複数設定可能であり、例えば、５階調の輝度（０，１／４，１／２，３／４，１）が設定される。

また、光受信装置１４は、ヘッダーの点滅パターンに挿入された格子模様の点灯パターンを撮像した画像からＬＥＤアレイ１６の各ＬＥＤの最大輝度値を取得する。取得した最大輝度値に基づいて、高速カメラ２０が撮った画像の輝度を補正する。

例えば、画像がグレースケールである場合、画像の輝度値は、最小輝度値０（黒）から最大輝度値２５５（白）の２５６段階で表されるため、受信側は、２種類の格子模様の点灯パターンを撮像した画像から、各ＬＥＤの最大輝度値を読み取り、後に続くデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度値を、その最大輝度値で割ることによって、各ＬＥＤの輝度値を０から１の範囲の値に補正する。

次に、第４の実施の形態に係る光受信装置１４における階調化した輝度を取得する方法について説明する。なお、以下では、輝度の階調を５階調とし、取り得る輝度が（０，１／４，１／２，３／４，１）である場合を例に説明する。

輝度を５階調で表すために、５つの点灯パターンを用意し、点灯時間が１シンボル期間Ｔ_ｂである点灯パターンによって、最大輝度１を表し、無点灯の点灯パターンによって輝度０を表し、また、Ｔ_ｂを１／４ずつ区切って、５階調の輝度を表わす（上記図１３参照）。

また、光受信装置１４の電荷蓄積期間を、Ｔ_ｂ／８とし、１シンボル期間に対応する期間に、８枚の画像を撮影する（図１４（Ｂ）、（Ｅ）参照）。この８枚の画像から必要な画像として４枚の画像を選択し、選択された４枚の画像を用いて、１つの輝度を判定する（図１４（Ｃ）、（Ｆ）参照）。上記図１４の場合、画像を１つ飛ばしに取り出すことで、異なるシンボル期間にまたがらない輝度を取り出すことが可能である。

上述したように、高速カメラ２０の電荷蓄積期間を、１シンボル期間の８分の１とし、高速カメラ２０によって余分な画像を撮像することにより、高速カメラ２０の電荷蓄積期間と、ＬＥＤの１シンボル期間（点灯周期）とが重なっていたとしても、輝度を正確に検出することができる。

また、輝度の階調数をＮとし、点灯時間が１シンボル期間である点灯パターンによって、最大輝度１を表し、無点灯の点灯パターンによって輝度０を表すとすると、電荷蓄積期間は、以下の一般式である（１）式で表される。

なお、上記の実施の形態では、格子模様の点灯パターンをヘッダーの点滅パターンに挿入して、格子模様の点灯パターンを撮像した画像から、各ＬＥＤの輝度値を取得して、輝度値の補正を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、階調に応じた輝度の点灯パターンを、ヘッダーの点滅パターンに挿入して、輝度の精度を向上させるようにしてもよい。５階調（０，１／４，１／２，３／４，１）の輝度を取る場合を例に説明する。この場合、ヘッダーの点滅パターンにおいて、全点灯の点灯パターンに続いて、輝度３／４，１／２，１／４の点灯パターンを挿入する。光受信装置は、各点灯パターンを撮像した画像から、特定された各ＬＥＤの位置に基づいて、各ＬＥＤの輝度値を記録する。そして、送信データに応じた点滅パターンを撮像した画像から、ＬＥＤの輝度を計算する際に、撮像した画像から得られる輝度値を、記録している各点灯パターンの輝度値で割る。ここで、一致する輝度値と割った場合には、計算結果が１となるので、計算結果が１となった輝度値を、ＬＥＤの輝度値と決定する（例えば、輝度３／４の輝度値で、画像の輝度値を割った値が“１”となれば、ＬＥＤの輝度は３／４である）。なお、輝度０の場合は点灯しないので、上記の方法で割った値はどれも０に近い値を取ることから検出可能である。

次に、第５の実施の形態について説明する。なお、第５の実施の形態に係る光通信システムの構成は、第１の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。

第５の実施の形態では、撮像した複数の画像から必要な画像の選択を行わず、撮像した画像全てを用いて輝度値を検出している点と、撮像した複数の画像の輝度を平均して、輝度値を取得している点とが、第４の実施の形態と主に異なっている。

第５の実施の形態に係る光受信装置１４におけるデータ復調方法について説明する。まず、高速カメラ２０によって、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤの１シンボル期間（点灯周期）の１／２を電荷蓄積時間として撮像する。

次に、１個のＬＥＤから輝度を検出する方法について、図１５を用いて説明する。ここで、上記図１３に示すように、光送信装置１２のＬＥＤアレイ１６のある１つのＬＥＤの輝度値が、ＬＥＤの１シンボル期間Ｔ_ｂ内の点灯時間に応じて５階調に表わされる場合を仮定する。

まず、高速カメラ２０の電荷蓄積期間は、光送信装置１２のＬＥＤの１シンボル期間の１／２であるので、図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、電荷蓄積期間に、ＬＥＤの点灯状態を撮像し、撮像された画像からＬＥＤの輝度を取得する。

そして、図１５（Ｃ）、（Ｆ）に示すように、１シンボル期間に対応する期間に撮像された２枚の画像を平均して、１シンボル期間当たりの輝度値を決定する。

なお、上記図１５に示すように、輝度値を階調で表した場合、オンオフで輝度値を表わす場合とは異なり、高速カメラ２０の電荷蓄積期間が、ＬＥＤの異なるシンボル期間にまたがり、余分な輝度の干渉による影響を受けてしまう。そこで、この干渉を軽減するための対策を導入してもよい。

輝度の干渉を軽減する対策として、２つの対策を挙げる。１つ目の対策は、正確な輝度の補正を行うことである。上記第４の実施の形態で説明したように、輝度の階調毎の点灯パターンをヘッダーの点滅パターンに挿入し、得られる各階調の輝度値に基づいて、階調ごとの補正を行うことにより、撮像した画像から、各ＬＥＤについて、正確な輝度値を取得することが出来る。

また、２つ目の対策は、光送信装置側でのＬＥＤ点灯スピードを、光受信装置の高速カメラのシャッターの速さより遅くさせることである。上記図１５（Ｂ）、（Ｅ）に示すように、高速カメラ２０の電荷蓄積期間を、光送信装置１２の１シンボル期間の１／２としているため、電荷蓄積期間（サンプリング区間）の幅が、輝度１／２を表わす点灯時間と同じになる。このように、ＬＥＤ点灯スピードを若干遅くすることで、高速カメラ２０の電荷蓄積期間の幅内に存在する不要なＬＥＤ光の干渉を、軽減することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの構成を示す概略図である。ＬＥＤの点灯によって表わされる輝度を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る光送信装置の通信制御部の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る光受信装置のデータ復調部の構成を示すブロック図である。２種類の格子模様の点灯パターンを示すイメージ図である。（Ａ）送信パケットの構成を示す図、及び（Ｂ）ヘッダーの点滅パターンの構成を示すイメージ図である。（Ａ）ＬＥＤの輝度の変化を示すグラフ、（Ｂ）高速カメラによって撮像された画像の輝度を示すグラフ、及び（Ｃ）撮像された画像から画像が選択される様子を示す図である。（Ａ）全点灯の点灯パターンを撮像した画像を示す図、（Ｂ）全消灯の点灯パターンを撮像した画像を示す図、（Ｃ）格子模様の点灯パターンを撮像した画像を示す図、及び（Ｄ）格子模様の点灯パターンを撮像した画像を示す図である。送信データに応じた点滅パターンを撮像した画像を示す図である。ＬＥＤ群の範囲を示すイメージ図である。ＬＥＤ群を模様の単位とした２種類の格子模様の点灯パターンを示すイメージ図である。（Ａ）ＬＥＤの輝度の変化を示すグラフ、（Ｂ）高速カメラによって撮像された画像の輝度を示すグラフ、及び（Ｃ）撮像された画像の輝度を平均する様子を示す図である。ＬＥＤの点灯時間の変化によって、５階調の輝度を表わした例を示す図である。（Ａ）ＬＥＤの輝度の変化を示すグラフ、（Ｂ）高速カメラによって撮像された画像の輝度を示すグラフ、（Ｃ）撮像された画像から画像を選択し、選択した画像からＬＥＤの輝度を取得する様子を示す図、（Ｄ）ＬＥＤの輝度の変化を示すグラフ、（Ｅ）高速カメラによって撮像された画像の輝度を示すグラフ、及び（Ｆ）撮像された画像から画像を選択し、選択した画像からＬＥＤの輝度を取得する様子を示す図である。（Ａ）ＬＥＤの輝度の変化を示すグラフ、（Ｂ）高速カメラによって撮像された画像の輝度を示すグラフ、（Ｃ）撮像された画像の輝度を平均する様子を示す図、（Ｄ）ＬＥＤの輝度の変化を示すグラフ、（Ｅ）高速カメラによって撮像された画像の輝度を示すグラフ、及び（Ｆ）撮像された画像の輝度を平均する様子を示す図である。

符号の説明

１０光通信システム
１２光送信装置
１４光受信装置
１６ＬＥＤアレイ
１８通信制御部
２０高速カメラ
２４データ復調部
３０マッピング部
３６ヘッダー付加部
３８送信制御部
４０ＬＥＤアレイ検出部
４２ＬＥＤ位置輝度値検出部
４４ＬＥＤ輝度値検出部
４６輝度補正逆バイアス部
４８ウェーブレット変換部
５０閾値判定部
５２データ生成部

Claims

複数の発光素子が２次元に配列された光源、及び
前記光源の前記複数の発光素子を複数の発光素子群に分割したときの前記発光素子群の各々について最も近い位置に存在する発光素子群と同時に点灯しない複数種類の点滅パターンをヘッダーとし、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターン及び送信すべきデータに応じた点滅パターンで、前記光源の複数の発光素子を点滅させる光送信制御手段
を含む光送信装置と、
前記光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段、
前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像に基づいて、前記複数の発光素子の各々の位置を検出する位置検出手段、
前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像と、前記検出された前記複数の発光素子の各々の位置とに基づいて、前記複数の発光素子の各々の基準輝度を検出する輝度値検出手段、及び
前記位置検出手段によって検出された前記位置及び前記輝度値検出手段によって検出された前記基準輝度に基づいて、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度を補正し、輝度が補正された前記画像を、該データに復調する復調手段
を含む光受信装置と、
を含む光通信システム。
前記ヘッダーの点滅パターンを、前記発光素子群を模様の単位とした格子模様の点灯パターンを含んで構成した請求項１記載の光通信システム。
複数の発光素子が２次元に配列された光源、及び
前記発光素子の各々について最も近い位置に存在する発光素子と同時に点灯しない複数種類の点滅パターンをヘッダーとし、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターン及び送信すべきデータに応じた点滅パターンで、前記光源の複数の発光素子を点滅させる光送信制御手段
を含む光送信装置と、
前記光送信装置の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段、
前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像に基づいて、前記複数の発光素子の各々の位置を検出する位置検出手段、
前記ヘッダーの前記複数種類の点滅パターンを撮像した画像と、前記検出された前記複数の発光素子の各々の位置とに基づいて、前記複数の発光素子の各々の基準輝度を検出する輝度値検出手段、及び
前記位置検出手段によって検出された前記位置及び前記輝度値検出手段によって検出された前記基準輝度に基づいて、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度を補正し、輝度が補正された前記画像を、該データに復調する復調手段
を含む光受信装置と、
を含む光通信システム。
前記ヘッダーの点滅パターンを、前記発光素子を模様の単位とした格子模様の点灯パターンを含んで構成した請求項３記載の光通信システム。
前記復調手段は、
前記位置検出手段によって検出された前記位置及び前記輝度値検出手段によって検出された前記基準輝度に基づいて、前記撮像手段によって撮像された画像のうち、前記送信すべきデータに応じた点滅パターンを撮像した画像の輝度の補正を行うと共に、逆バイアスを加える輝度補正逆バイアス手段と、
輝度が補正され、かつ、逆バイアスが加えられた画像に対して、２次元高速ウェーブレット変換を行なうウェーブレット変換手段と、
前記２次元高速ウェーブレット変換を行なった画像について、検出された各発光素子の位置での値が０より大きいか否かを判定して、各発光素子の輝度を＋１、−１で表わされるデータに変換する閾値判定手段と、
±１で表わされるデータに基づいて、前記送信すべきデータを生成するデータ生成手段と、
を含む請求項１〜請求項４の何れか１項記載の光通信システム。