JP6053822B2 - フリッカーフリーのカラー可視光通信システム - Google Patents
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Description
可視光照明通信システムは、照明光の点滅で情報を送信し、光センサでその点滅を感知して情報を受信するシステムである。かような通信システムに使用される光源には、発光ダイオード(LED)が使用される。また、照明装置のLEDだけではなく、LCDディスプレイのバックライトとして使用されるLEDも、高速で点滅させることによって情報を送信することができる。光源を点滅させる方法としては、例えば、マンチェスターコーディングを使用することができる。マンチェスターコーディングでもってビット0を出力するためには、定められた短時間区間(それを、本発明では1周期とする。人は、1秒に100回ほどのフリッカは、感知することができないので、1周期は、0.01秒ほどにすることが望ましい)を二等分し、その前の区間の間は、光を放射せず、後の区間の間だけ光を放射すればよい。同様に、マンチェスターコーディングでもってビット1を出力するためには、定められた1周期を二等分し、その前の区間の間は、光を放射し、後の区間の間は、光を放射しなければよい。かような出力方式は、以下表1のように整理することができる。
のような光コーディングマトリックスは、赤色光源は、1周期を三等分した最初の区間の間、最大に明るく出力した後、残りの2区間の間は、光を放出しないということを意味し、緑色光源は、後の2区間の間、輝度を半分に暗く調節して光を放出するということを意味し、青色光源は、最初の2区間の間、輝度を半分に暗く調節して光を放出するということを意味する。赤色は、輝度を最大にする代わりに、1区間の間のみ出力し、緑色と青色は、輝度を半分に暗く調節する代わりに、2区間の間出力することにより、1周期の間に放出された全ての光の和は、白色になる。それを数式で表現すれば、以下のように、光コーディングマトリックスの各行の値をいずれも加えた値は、1になるものと示すことが可能である。
白色LEDをバックライトとして使用するLCDディスプレイにおいて、白色バックライトLEDを高速に点滅させて情報を伝送し、光センサで点滅パターンを感知して情報を受信する技術は、三星電子ソフトウェアメンバーシップサイトであるhttp://www.secmem.org/exhibition/ssm2011ex/w/viewProject.aspp_num=40に、「可視光通信基盤スマートディスプレイ」という技術で紹介されている。本実施形態は、前記技術のように、単に白色光の点滅ではなく、LCD(liquidcrystal display)やOLED(organiclight emitting diode)、またはビームプロジェクタのようなカラーディスプレイ画面のカラーの変化で情報を伝送し、光センサでそのカラー変化を感知し、情報を受信する技術に係わり、かようなカラー変化がディスプレイ画面に出力されている本来映像の画質を低下させずに、画面のフリッカを誘発しないことを特徴とする。
i番目区間イメージでの座標が(x,y)であるピクセルの赤色成分値=
本来イメージでの座標が(x,y)であるピクセルの赤色成分値*Ri
i番目区間イメージでの座標が(x,y)であるピクセルの緑色成分値=
本来イメージでの座標が(x,y)であるピクセルの緑色成分値*Gi
i番目区間イメージでの座標が(x,y)であるピクセルの青色成分値=
本来イメージでの座標が(x,y)であるピクセルの青色成分値*Bi
応用例1
受光素子として、フォトトランジスタのような光センサだけではなく、高速イメージセンサを使用することもできる。その場合、イメージセンサで撮影した映像上に、本発明による可視光通信によって受信した情報を、増強現実映像に合成して出力することも可能である。
図5は、特許文献2の図8を示したものであり、カラー平面(UV平面)上の16個格子点を示したものである。各格子点は、互いに異なるカラーを示す。その格子点に該当する三原色値をr(i)、g(i)、b(i)とし、その補色(complementary color)の三原色値をcr(i)、cg(i)、cb(i)とすれば、r(i)+cr(i)=g(i)+cg(i)=b(i)+cb(i)=1である。ただし、iは、1から16までの自然数である。
[発明の例]
[例1]
可視光通信をする送信部と受信部とを含む通信システムにおいて、
前記送信部は、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって、互いに異なる色に発光する発光部と、を含み、
前記受信部は、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例2]
可視光送信装置において、
互いに異なる色に発光する発光部と、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって互いに異なる色に発光する発光部と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光送信装置。
[例3]
可視光受信装置において、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値をデジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーカラー可視光受信装置。
[例4]
前記エンコーディング用マトリックスと、デコーディングされたマトリックスは、0から1までの間の実数値が行列要素である3行n列マトリックスであり、
nは、2以上の自然数であり、
前記発光制御部は、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの1行目の数字に対応し、第1カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの2行目の数字に対応し、第2カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの3行目の数字に対応し、第3カラー光源の発光を制御し、
受光計算部は、毎周期ごとに、
受光された第1カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの1行目の数字を計算し、
受光された第2カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの2行目の数字を計算し、
受光された第3カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの3行目の数字を計算することを特徴とする例1に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例5]
第1カラー、第2カラー、第3カラーは、三原色であることを特徴とする例4に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例6]
前記発光制御部が光源を点滅させるために参照するエンコーディング用マトリックスの各行の数字の総和は、0から1までの間の定数値であり、その値は、全ての周期で同一であることを特徴とする例4に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例7]
前記発光制御部は、毎周期を、前記エンコーディング用マトリックスの列の数nほどの時間区間に分け、i番目時間区間では、前記エンコーディング用マトリックスのi番目列の数字に比例する光量を出力するように光源の発光を制御し、
前記受光計算部は、毎周期を、前記デコーディングされたマトリックスの列の数nほどの時間区間に分け、i番目時間区間で受光した光量に比例した値を、前記デコーディングされたマトリックスのi番目列の数字として計算し、
iは1、以上n以下の自然数であることを特徴とする例4に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例8]
前記発光部は、照明用光源またはディスプレイであることを特徴とする例1に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例9]
発光部は、映像を出力するディスプレイであり、
前記発光制御部は、i番目時間区間では、i番目区間映像を出力するが、
i番目区間の映像は、与えられた周期の間に出力する本来映像の各ピクセルの三原色成分値(R,G,B)を、その各ピクセルの三原色成分値に、エンコーディング用マトリックスのi番目列の3つの数字(Ri,Gi,Bi)をそれぞれ乗じた新たなピクセル値(R*Ri,G*Gi,B*Bi)に変えた映像であることを特徴とする例7に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例10]
前記発光制御部は、ディスプレイの全体領域を1個または多数の部分領域に分け、各部分領域に、互いに異なる通信チャネルを割り当て、同時に多数の通信を行うように、画面の発光を制御することを特徴とする例9に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例11]
前記受信部は、映像撮影手段を含み、
受信された情報を、前記映像撮影手段に撮影された映像上に表示することを特徴とする例1に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例12]
可視光通信を行う発光部を含む送信部と、受光部を含む受信部とを含む通信システムの通信方法において、
前記送信部により、
デジタル値を、エンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディングを行う段階と、
前記送信部により、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御を行う段階と、
前記受信部により、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受信部により、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
[例13]
発光部を含む可視光送信装置の可視光通信方法において、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング段階と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御段階と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
[例14]
受光部を含む可視光受信装置の可視光通信方法において、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含むことを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。
[例15]
光コーディングマトリックスの列の数nが2であり、
第1列のカラーと第2列のカラーは、互いに補色であることを特徴とする例7に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例16]
光コーディングマトリックスの1行1列が1あり、残りの列が0であるクロック信号であることを特徴とする例15に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例17]
光コーディングマトリックスの1行は、ビット情報と周期開始とを表示する信号をいずれも含むブロックコーディングされた信号を伝送する通信チャネルであることを特徴とする例15に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例18]
光コーディングマトリックスの列の数nが3であり、
かような光コーディングマトリックス内の1マトリックスは、周期開始を表示する定められたカラーである列を含むことを特徴とする例7に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例19]
光コーディングマトリックスの列の数nが3であり、
かような全ての光コーディングマトリックスの1列は、周期開始を表示する定められたカラーであることを特徴とする例7に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
[例20]
前記周期開始を表示する定められたカラーは、黒または灰色であることを特徴とする例18または19に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
Claims (16)
- 可視光送信装置において、
互いに異なる色に発光する発光部と、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって互いに異なる色に発光する発光部と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスは、0から1までの間の実数値が行列要素である3行n列マトリックスであり、
nは、3以上の自然数であり、
前記発光制御部は、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの1行目の数字に対応し、第1カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの2行目の数字に対応し、第2カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの3行目の数字に対応し、第3カラー光源の発光を制御することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光送信装置。 - 可視光受信装置において、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値をデジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含み、
前記デコーディングされたマトリックスは、0から1までの間の実数値が行列要素である3行n列マトリックスであり、
nは、3以上の自然数であり、
前記受光計算部は、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第1カラー光の光量のパターンからデコーディングされたマトリックスの1行目の数字を計算し、
受光された第2カラー光の光量のパターンからデコーディングされたマトリックスの2行目の数字を計算し、
受光された第3カラー光の光量のパターンからデコーディングされたマトリックスの3行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーカラー可視光受信装置。 - 可視光通信をする送信部と受信部とを含む通信システムにおいて、
前記送信部は、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング部と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御部と、
前記発光パターンによって、互いに異なる色に発光する発光部と、を含み、
前記受信部は、
光を感知する受光部と、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算部と、
前記受光計算部で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング部と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスと、デコーディングされたマトリックスは、0から1までの間の実数値が行列要素である3行n列マトリックスであり、
nは、3以上の自然数であり、
前記発光制御部は、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの1行目の数字に対応し、第1カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの2行目の数字に対応し、第2カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの3行目の数字に対応し、第3カラー光源の発光を制御し、
前記受光計算部は、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第1カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの1行目の数字を計算し、
受光された第2カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの2行目の数字を計算し、
受光された第3カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの3行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。 - 第1カラー、第2カラー、第3カラーは、三原色であることを特徴とする請求項3に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
- 前記発光制御部が光源を点滅させるために参照するエンコーディング用マトリックスの各行の数字の総和は、0から1までの間の定数値であり、その値は、全ての周期で同一であることを特徴とする請求項3に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
- 前記発光制御部は、i番目時間区間では、前記エンコーディング用マトリックスのi番目列の数字に比例する光量を出力するように光源の発光を制御し、
前記受光計算部は、i番目時間区間で受光した光量に比例した値を、前記デコーディングされたマトリックスのi番目列の数字として計算し、
iは1、以上n以下の自然数であることを特徴とする請求項3に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。 - 前記発光部は、照明用光源またはディスプレイであることを特徴とする請求項3に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
- 発光部は、映像を出力するディスプレイであり、
前記発光制御部は、i番目時間区間では、i番目区間映像を出力するが、
i番目区間の映像は、与えられた周期の間に出力する本来映像の各ピクセルの三原色成分値(R,G,B)を、その各ピクセルの三原色成分値に、エンコーディング用マトリックスのi番目列の3つの数字(Ri,Gi,Bi)をそれぞれ乗じた新たなピクセル値(R*Ri,G*Gi,B*Bi)に変えた映像であることを特徴とする請求項6に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。 - 前記発光制御部は、ディスプレイの全体領域を1個または多数の部分領域に分け、各部分領域に、互いに異なる通信チャネルを割り当て、同時に多数の通信を行うように、画面の発光を制御することを特徴とする請求項8に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
- 前記受信部は、映像撮影手段を含み、
受信された情報を、前記映像撮影手段に撮影された映像上に表示することを特徴とする請求項3に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。 - 可視光通信を行う発光部を含む送信部と、受光部を含む受信部とを含む通信システムの通信方法において、
前記送信部により、
デジタル値を、エンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディングを行う段階と、
前記送信部により、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御を行う段階と、
前記受信部により、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受信部により、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、前記デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスと、デコーディングされたマトリックスは、0から1までの間の実数値が行列要素である3行n列マトリックスであり、
nは、3以上の自然数であり、
前記送信部は、発光制御を行う前記段階において、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの1行目の数字に対応し、第1カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの2行目の数字に対応し、第2カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの3行目の数字に対応し、第3カラー光源の発光を制御し、
前記受信部は、前記受光計算段階において、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第1カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの1行目の数字を計算し、
受光された第2カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの2行目の数字を計算し、
受光された第3カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの3行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。 - 発光部を含む可視光送信装置の可視光通信方法において、
デジタル値をエンコーディング用マトリックス値に対応させる光エンコーディング段階と、
前記エンコーディング用マトリックス値に対応する発光パターンを生成する発光制御段階と、を含み、
前記エンコーディング用マトリックスは、0から1までの間の実数値が行列要素である3行n列マトリックスであり、
nは、3以上の自然数であり、
前記可視光送信装置は、前記発光制御段階において、毎周期を前記エンコーディング用マトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに与えられた前記エンコーディング用マトリックスに対応して光源の出力光量を制御するが、
エンコーディング用マトリックスの1行目の数字に対応し、第1カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの2行目の数字に対応し、第2カラー光源の発光を制御し、
エンコーディング用マトリックスの3行目の数字に対応し、第3カラー光源の発光を制御することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。 - 受光部を含む可視光受信装置の可視光通信方法において、
前記受光部の受光量パターンから、デコーディングされたマトリックス値を計算する受光計算段階と、
前記受光計算段階で計算されたデコーディングされたマトリックス値を、デジタル値に対応させる光デコーディング段階と、を含み、
前記デコーディングされたマトリックスは、0から1までの間の実数値が行列要素である3行n列マトリックスであり、
nは、3以上の自然数であり、
前記可視光受信装置は、前記受光計算段階において、毎周期を前記デコーディングされたマトリックスの列の数nの時間区間に分け、毎周期ごとに、
受光された第1カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの1行目の数字を計算し、
受光された第2カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの2行目の数字を計算し、
受光された第3カラー光の光量のパターンから、デコーディングされたマトリックスの3行目の数字を計算することを特徴とするフリッカーフリーのカラー可視光通信方法。 - さまざまな周期のうち先頭の一部の周期に対応する前記エンコーディング用マトリックス及び前記デコーディングされたマトリックスは、周期開始を表示する定められたカラーである列を含むことを特徴とする請求項6に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
- 全ての周期のそれぞれに対応する前記エンコーディング用マトリックス及び前記デコーディングされたマトリックスのそれぞれにおいて多数の列のうち一つの列は、周期開始を表示する定められたカラーであることを特徴とする請求項6に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
- 前記周期開始を表示する定められたカラーは、黒または灰色であることを特徴とする請求項14または15に記載のフリッカーフリーのカラー可視光通信システム。
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