JP5294096B2 - 情報伝送システム、受光装置、情報伝送方法、及び、プログラム - Google Patents
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Description
この課題は、要するに、二値変調信号の単位時間当たりのデータ伝送量が少ないからである。これを解決するためには、単純な光の点滅、つまり、非点灯(白)と点灯(黒)の組み合わせではなく、たとえば、赤(R)、緑(G)、青(B)の色の組み合わせを用いて多値化した光の変調を行うことが考えられる。このようにすると、多値化した分だけ単位時間当たりのデータ伝送量を増やすことができ、上記の課題を克服できる。
しかし、単に多値化しただけでは、受光装置(図1の携帯電子機器108)の処理負担が大きくなり、受光装置への高性能な処理要素(コンピュータ等)の搭載が求められるなど、コストアップにつながる問題点を招来する。
本発明の受光装置は、被写体を所定のフレームレートで周期的に撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された被写体に含まれる所定の領域を前記撮像手段の周期的な撮像画像から取り出す取り出し手段と、前記取り出された所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段と、前記判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の時系列的な光の変化態様から前記所定の領域を光源として光伝送された情報を復号する復号手段と、前記復号手段によって復号された情報を出力する出力手段とを備え、前記復号手段は、前記所定の領域の少なくとも三値に多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号し、前記撮像手段が撮像した画像について少なくとも彩度を目立たせるよう処理を行なう処理手段を更に備え、前記判定手段は前記処理手段によって処理された画像について前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定することを特徴とする。
本発明の情報伝送方法は、所定の領域を光らせて情報を送信する発光装置と、前記所定の領域を時系列的に撮像し、その撮像画像から前記情報を復号して出力する受光装置とが含まれる通信システムにおける情報伝送方法であって、前記所定の領域は前記情報に応じて少なくとも三値に多値化して色変調された光を発するものであり、前記受光装置は、前記撮像画像について少なくとも彩度を目立たせるよう処理を行なう処理工程と、この処理工程によって処理された画像について前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定工程とを実行し、この判定工程によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号する ことを特徴とする。
本発明のプログラムは、撮像手段を有する電子機器のコンピュータを、前記撮像手段によって周期的に撮像されている撮像画像における被写体に含まれる所定の領域を取り出す取り出し手段、前記取り出された所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段、前記判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の時系列的な光の変化態様に基づいて当該対象領域を光源として光伝送された情報を復号する復号手段、前記復号手段によって復号された情報を出力する出力手段として機能させ、更に、前記復号手段は、前記所定の領域の少なくとも三値に多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号し、前記撮像手段が撮像した画像について少なくとも彩度を目立たせるよう処理を行なう処理手段として更に機能させ、前記判定手段は前記処理手段によって処理された画像について前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定することを特徴とする。
図2は、実施形態に係る情報伝送システムの構成図である。この図において、情報伝送システム1は、発光装置2、受光装置3及びサービスサーバ4を含む。
受光装置3の表示手段11は、液晶ディスプレイ等の高精細な表示デバイスであり、制御・通信手段12から適宜に出力される任意の情報を可視化して表示出力する。
図3は、デジタルサイネージのディスプレイ端末の一部に設けられた変調領域(発光部5)を示す図である。(a)に示すように、発光部5は、デジタルサイネージのディスプレイ端末の所定部分(たとえば、端末の隅部分)におけるいくつかの画素の集合として表現されており、ここでは、説明の便宜上、2×2画素(またはピクセル;以下、画素で統一する)の集合としている。
ヘッダーに関して1パルスの「黒」を用いているのは、「黒」の輝度値が他の有彩色と比べて明確に大きく異なっており、混色の影響を受けずに分離しやすいからである。
なお、この図では、赤、青、緑の3色を用いているが、つまり三値変調を行っているが、これに限らず、たとえば、シアン、マゼンタ、イエローの3色を用いてもよいし、あるいは、それらに白を加えた7色を用いてもよく、要するに三値を超える多値であってもよい。いずれの色構成(多値数)を採用するかは、もっぱら設計的事項である。たとえば、カメラ部9の色分離特性やAWB(オートホワイトバランス)の特性などを考慮して適正な色構成を採用すればよい。
このため本実施形態では、比較的分離がしやすい原色系の赤、青、緑の3色を利用する。尚、色分離が可能であれば、これに限らず、補色系のシアン、マゼンタ、イエローの3色でもよい。また、色分離が可能なアルゴリズムの処理が実行可能であれば赤、青、緑、黄などの多色の組合せでもあってもよい。
図8は、受光装置3の全体の内部処理を示す図である。この処理では、まず、RAM12c上のフレームカウンタをリセットし(ステップS1)、カメラ9から出力されたフレームをRAM12cにキャプチャし(ステップS2)、フレームの二値画像を生成し(ステップS3)、RAM12cに候補領域テーブルを作成し(ステップS4)、リストに登録する(ステップS5)。そして、フレームカウンタが所定値nであるか否かを判定し(ステップS6)、所定値nでなければステップS2に戻り、所定値nであれば復号処理を行った後(ステップS7)、情報の表示処理を行い(ステップS8)、再びステップS1以降を繰り返す。
[フレームごとの候補領域検出と候補領域テーブルへの登録]
(a)カラーツイスト(色強調補正処理):
デジタルサイネージよる変調光をカメラ9で撮影した際、RGB色空間での値をそのまま用いて表現すると、カメラ9の性能や変調光が存在する場所の背景の色によっては、変調光における色分離性能が悪く、HSV色空間処理において彩度Sや色相値Hを分離する上で性能が悪くなるという不都合を招くことがある。したがって、HSV色空間処理の前段階の処理として、次式(1)のような変換マトリックスを用い、RGBからR′G′B′への色分離を行う。この処理により、彩度が高いものをより目立たせ、ひいては分離し易くすることができる。
b=(b11,b22,b33)=(−0.9,1.9,−0.1)
c=(c11,c22,c33)=(−0.1,−0.1,1.1)
・・・・(2)
デジタルサイネージ等で色変調した光をカメラ9で撮影した画像の彩度は、周辺環境の影響を受けずにほぼ不変である。それに対して、RGB分解した各色ベクトルの値では、周辺環境の影響に左右されやすいという性質がある。従来の輝度ベースによる探索におけるこのような性質に対処するために、RGBで表現する代わりにHSV表色系へ変換して探索を行うことにする。
次に、本実施形態における特徴の一つであるラベリング処理について説明する。
この処理で、ヘッダー部13aを除く光変調された領域を必ず含み偶然に色特性が一致した領域の画像が白黒二値画像として得られる。これにより、たとえば、黒い背景に色特徴の尤度の高い領域が白になっているような画像となる。
この画像から対象とする領域(図1の変調領域106a〜106d)を直接的に検出してもよいが、撮影距離(変調領域106a〜106dまでの距離)や、カメラ9の撮影角度などにより、対象とする領域が様々な形状および大きさで撮影されてしまうため、領域誤認の恐れが多分にある。これを避けるには、公知の画像認識技術を駆使すればよいものの、そのような画像認識技術は受光装置3の処理負担を大きくするから、CPU12aに高性能なものを用いる必要があり、コストアップの要因になる。そこで、本実施形態では、対象とする領域(図1の変調領域106a〜106d)を直接的に検出するのではなく、形状的条件の絞込み、たとえば、明らかに異なった形状や、明らかに小さすぎる形状を事前に排除してから、対象とする領域(図1の変調領域106a〜106d)の検出を行うようにし、これによって、情報光源を有する領域の探索を容易にして受光装置3の処理負担を軽減した。以下、この点について詳述する。
前出の図3に示したように、変調領域は正四角形であり、カメラ9との位置関係を考えても、縦横比は1.0が望ましいが縦横比が、図11(a)、(b)に示すように外接四角形であること、カメラ9との位置関係などで歪むことを考慮した余裕を入れた上での閾値を設定し、それ以下であるもの(明らかに形状が異なるもの)を除外するようにする。
図12は、RAM12cに形成されるバッファメモリのバッファリング状態を示す図である。上段のF0〜Fnはフレームであり、下段の表はフレームF0〜Fnごとの候補領域テーブルのバッファリング状態を表している。
尚、候補領域テーブルはn(nは自然数)フレーム分用意され所定フレーム数に達するとその内容を書き換えることで対応するものとする。
更にこのようなフレームごとに候補領域テーブルを用いる理由は、時系列画像の処理を行うにあたって画素データレベルで時間方向で多数枚の画像を処理を行うのでなく、候補領域テーブルとして情報を圧縮したものを用いることで計算量を飛躍的に低減させるためである。
図13は、フレーム番号Fn=0の候補領域テーブルの例を示す図である。この図では、領域No.(A)の各々について、重心座標(cx,xy)と、面積(Size)と、中心座標光信号値(ここでは色相値Hue)とを例示しており、たとえば、領域No.0について、重心座標(10,50)と、面積(70)と、中心座標光信号値(80)とを例示し、また、領域No.1について、重心座標(111,321)と、面積(23)と、中心座標光信号値(200)とを例示している。このように、本実施形態では、ラベリング処理された領域の重心座標(cx,xy)、領域の面積(Size)、そして領域重心座標の光信号値(Hue)が候補領域テーブルに順次格納されていく。
+(√Size2−√Size1)^2) ・・・・(3)
+√(Size2−Size1) ・・・・(4)
このフローチャートにおいて、処理対象フレームの候補点(正確にはこのデータは、座標データに加えて、面積情報、色相値なども保持する領域構造データだが、以後説明では「候補点」とする)と1〜3フレーム分過去に取得したフレームにおける候補点を、上記式(4)に入力し評価値を算出する。そしてこの評価値を用いて、処理対象となるフレームの候補点と、このフレームより1〜3フレーム分過去に取得したフレームの候補点との連結リストを作る(ステップS71)。
次いで、黒(非発光)による候補点が存在しないフレームを、認められる範囲内(今回は2フレーム分)で黒データとして補間しながら、2フレーム間の連結リストを順次統合・連結させていき、18フレームにわたる候補点群の連なりを決定していく(ステップS72、詳細は図15参照)。
次に候補点が存在しないまま3フレームが経過した不連続連結の要素は削除し、18フレーム分の候補点群が集まった物は、連結の最初が黒になるように並べなおす(ステップS73)。
(註:今回の物理フォーマットでは黒がヘッダーを意味しており、1〜2パルスは存在し、それ以上は存在しないものとする。)。
そして18フレーム分の関連する候補点群からなる完全連結領域を取り出し(ステップS74)、各々の候補点に対応するHue値(光信号値列)を復号処理し(ステップS75)、有効な復号結果(デコード値)が得られたか否かを判定する(ステップS76)。
そして、得られた場合は、吹き出し111(図1参照)などが表示されるように表示系処理への座標、データの要求キューイングを行い(ステップS77)、全ての18フレーム分の候補点群に対する処理終了を判定する(ステップS78)。また、得られなかった場合でも、そのまま全ての18フレーム分の候補点群に対する処理終了を判定する。いずれの場合も、全ての18フレーム分の候補点群に対する全ての処理の終了が判定されない場合はステップS74以降を繰返す。
このフローチャートでは、先ず、処理対象フレームFxを定義し、これを時間において順方向に一つ進め(ステップS721)、処理対象フレームから一つの領域候補Axを取り出し(ステップS722)、被処理対象フレームFxをFd=Fn+1と定義する(ステップS723)。
次いで、領域候補Axと被処理対象フレームFdの各要素との評価値を上記式(4)を用いて計算し(ステップS724)、この評価値に基づいて最小の連結組み合わせを決定する(ステップS725)。
次いで、決定された最小の連結組み合わせの評価値が、予め設定されたスレッシュ以下であるか否かを判定する(ステップS726)。ここでスレッシュ以下でないと判定した場合は、今回の被処理対象フレームFdがFn+3フレーム目のものであるか否かを判定する(ステップS728)。そして、被処理対象フレームFdがFn+3フレーム目のものであると判定された場合は連結する領域が見つからなかったと判定し(ステップS729)、再びステップS722以降を繰り返す。
一方、ステップS728にて被処理対象フレームFdがFn+3フレーム目のものでないと判定された場合は、ダミーデータ(“skip”)を入れるとともに、被処理対象フレームFdを時間において順方向に一つ先に進めた後(ステップS730)、再びステップS724以降を繰り返す。
一方、先のステップS726で最小の連結組み合わせの評価値が、予め設定されたスレッシュ以下であると判定した場合は、連結リストに今回のリストを隣接リストとして登録し(ステップS727)、処理対象フレームの全領域処理が完了したか否かを判定する(ステップS731)。そして完了していないと判定すれば、再びステップS722以降の処理を繰り返し、完了したと判定すれば、全フレームの連結評価完了したか否かを判定し(ステップS732)、完了していないと判定すれば、ステップS721に戻り、完了したと判定すれば処理を終了する。
尚、本実施形態の物理フォーマットにおいては彩度及び明度が高い場合は連結させるものの、必ずヘッダー(黒)を含むので、図15の処理を行った場合のフレームごとの領域テーブルの連結は、図16に図示したようになる。
このイメージにおいて、実線でつながっている部分は、可視光通信を行っている各候補領域の連結状況を示す。
一方、点線は、明確に可視光通信を行なっていることが判っていないものの、評価値レベルで連結していると判断されている状況を示す。
ここまでが、ステップS73の処理となる。
図19は、スレッシュ設定の説明図である。この図に示すように、色相軸上に、送信側光源とカメラ側の色特性(動的なAWB制御の影響含む)を考慮した、変調信号の色発行パルスがとり得る範囲のスレッシュを設定する。たとえば、Rのスレッシュは0(or360)付近、Gのスレッシュは120付近、Bのスレッシュは240付近である。
なお、本実施形態では固定のスレッシュとするが、このスレッシュをカメラ9の特性に合致した環境に合わせて設定したり、色相の分布のピークの谷間にスレッショルドを設けたりして動的に最適化するなどしてもよい。
本実施形態の処理において、自然界の変動が偶然に一致することがあるが、それはさらに上位レイヤの誤り検出や訂正等で、受信誤りを防ぐことが望ましい。
A.少なくとも三値に色変調された光伝送方式としたので、たとえば、三値変調とすれば、「3^9≧14bit」となり、9パルスで14bit以上を表現することができる。その結果、送信時間の短縮化を図ることができる。
B.イメージセンサ通信のデコード処理において、フレームの時間方向処理をテーブルベースで行うので、扱う処理量を飛躍的に低減することができる。
C.領域の時間的変化を、重心とサイズ変化で行ったので、妥当性の高い連結判定が可能になる
D.送信側は固定長の繰り返し送信であるので、ヘッダを探して通信のためのサンプリングを開始することなく、データブロック長分を格納してから、その中のヘッダを探すことで通信取得の応答時間を最小にすることができる。
E.対象とする領域(図1の変調領域106a〜106d)を直接的に検出するのではなく、形状的条件の絞込み、たとえば、明らかに異なった形状や、明らかに小さすぎる形状を事前に排除してから、対象とする領域(図1の変調領域106a〜106d)の検出を行うようにしたので、情報光源の探索に係る受光装置3の処理負担を軽減できる。
また、領域の時間連結において、手振れなど画像全体のブレ=移動成分を全体要素に対してあらかじめ影響をなくすなどすると、固定対象物に対してはより安定した検出ができるので好ましい。
また、領域連結で、より詳細に連結候補間の移動ベクトルの変異の妥当性で連結判定すれば、本実施形態のように単純にサイズ等は同じでも、移動量が多いためにキャンセルされているような動きの激しい場合においても対応することができる。
以下に、本件出願の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
請求項1記載の発明は、
所定の領域を光らせて情報を送信する発光手段と、
前記所定の領域を時系列的に撮像し、その撮像画像から前記情報を復号して出力する受光手段とを含み、
前記所定の領域は前記情報に応じて少なくとも三値に多値化して色変調された光を発するものであり、前記受光手段は、前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段を備え、この判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号することを特徴とする情報伝送システムである。
請求項2記載の発明は、
被写体を所定のフレームレートで周期的に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された被写体に含まれる所定の領域を前記撮像手段の周期的な撮像画像から取り出す取り出し手段と、
前記取り出された所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段と、
前記判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の時系列的な光の変化態様から前記所定の領域を光源として光伝送された情報を復号する復号手段と、
前記復号手段によって復号された情報を出力する出力手段とを備え、
前記復号手段は、前記所定の領域の少なくとも三値に多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号することを特徴とする受光装置である。
請求項3記載の発明は、
所定の領域を光らせて情報を送信する発光装置と、前記所定の領域を時系列的に撮像し、その撮像画像から前記情報を復号して出力する受光装置とが含まれる通信システムにおける情報伝送方法であって、
前記所定の領域は前記情報に応じて少なくとも三値に多値化して色変調された光を発するものであり、前記受光装置は、前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定工程を実行し、この判定工程によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号することを特徴とする情報伝送方法である。
請求項4記載の発明は、
撮像手段を有する電子機器のコンピュータを、
前記撮像手段によって周期的に撮像されている撮像画像における被写体に含まれる所定の領域を取り出す取り出し手段、
前記取り出された所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段、
前記判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の時系列的な光の変化態様に基づいて当該対象領域を光源として光伝送された情報を復号する復号手段、
前記復号手段によって復号された情報を出力する出力手段として機能させ、
更に、前記復号手段は、前記所定の領域の少なくとも三値に多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号することを特徴とするプログラムである。
2 発光装置
3 受光装置
5 発光部
6 記憶手段
7 変調手段
9 カメラ
11 表示手段
12 制御・通信手段
12a CPU(コンピュータ)
Claims (4)
- 所定の領域を光らせて情報を送信する発光手段と、
前記所定の領域を時系列的に撮像し、その撮像画像から前記情報を復号して出力する受光手段とを含み、
前記所定の領域は前記情報に応じて少なくとも三値に多値化して色変調された光を発するものであり、前記受光手段は、前記撮像画像について少なくとも彩度を目立たせるよう処理を行なう処理手段と、この処理手段によって処理された画像について前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段とを備え、この判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号する
ことを特徴とする情報伝送システム。 - 被写体を所定のフレームレートで周期的に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された被写体に含まれる所定の領域を前記撮像手段の周期的な撮像画像から取り出す取り出し手段と、
前記取り出された所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段と、
前記判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の時系列的な光の変化態様から前記所定の領域を光源として光伝送された情報を復号する復号手段と、
前記復号手段によって復号された情報を出力する出力手段とを備え、
前記復号手段は、前記所定の領域の少なくとも三値に多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号し、
前記撮像手段が撮像した画像について少なくとも彩度を目立たせるよう処理を行なう処理手段を更に備え、
前記判定手段は前記処理手段によって処理された画像について前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定することを特徴とする受光装置。 - 所定の領域を光らせて情報を送信する発光装置と、前記所定の領域を時系列的に撮像し、その撮像画像から前記情報を復号して出力する受光装置とが含まれる通信システムにおける情報伝送方法であって、
前記所定の領域は前記情報に応じて少なくとも三値に多値化して色変調された光を発するものであり、前記受光装置は、前記撮像画像について少なくとも彩度を目立たせるよう処理を行なう処理工程と、この処理工程によって処理された画像について前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定工程とを実行し、この判定工程によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号する
ことを特徴とする情報伝送方法。 - 撮像手段を有する電子機器のコンピュータを、
前記撮像手段によって周期的に撮像されている撮像画像における被写体に含まれる所定の領域を取り出す取り出し手段、
前記取り出された所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定する判定手段、
前記判定手段によって絞り込まれた形状を有する前記所定の領域を対象にして、当該対象領域の時系列的な光の変化態様に基づいて当該対象領域を光源として光伝送された情報を復号する復号手段、
前記復号手段によって復号された情報を出力する出力手段として機能させ、更に、前記復号手段は、前記所定の領域の少なくとも三値に多値化された色変調情報に基づいて前記情報を復号し、
前記撮像手段が撮像した画像について少なくとも彩度を目立たせるよう処理を行なう処理手段として更に機能させ、
前記判定手段は前記処理手段によって処理された画像について前記所定の領域の形状を所定の条件で絞り込み判定することを特徴とするプログラム。
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