KR101466954B1 - LED Visual Light Communication System and the Communication Method thereof - Google Patents

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KR101466954B1
KR101466954B1 KR1020130083137A KR20130083137A KR101466954B1 KR 101466954 B1 KR101466954 B1 KR 101466954B1 KR 1020130083137 A KR1020130083137 A KR 1020130083137A KR 20130083137 A KR20130083137 A KR 20130083137A KR 101466954 B1 KR101466954 B1 KR 101466954B1
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장영민
레투안남
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국민대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an LED visible light communications system and a communications method capable of performing wireless visible light communications by using a plurality of LEDs. The LED visible light communications system according to an embodiment of the present invention comprises the LEDs which are on/off by using a pulse of a predetermined frequency according to data to be transmitted; an image sensor which obtains images for the LEDs as continuous frames at a frame speed which is the same of the frequency; and a control unit which extracts data corresponding to an on/off state from the images for each frame obtained from the image sensor.

Description

ＬＥＤ 가시광 통신 시스템 및 그 통신방법{LED Visual Light Communication System and the Communication Method thereof}[0001] The present invention relates to a visible light communication system, and more particularly,

본 발명은 LED 가시광 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다수의 LED를 이용하여 무선 가시광 통신을 실행하도록 하는 LED 가시광 통신 시스템 및 그 통신방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an LED visible light communication system and, more particularly, to an LED visible light communication system and a communication method thereof that enable wireless visible light communication using a plurality of LEDs.

발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED라 함)의 기술 발전이 나날이 가속화됨에 따라 조명체계가 점차LED로 바뀌고 있다. 전 세계적으로 에너지관련 부처, 산업체, 연구기관 등이 참여하여 LED 조명술의 개발을 위해 노력하고 있으며 주기적으로 재검토 및 보완하고 있다. 이러한 추세에 발맞춰 국내에서도 조명만으로 사용되고 있는 LED를 통신에 적용하는 기술의 개발이 활발히 진행되고 있다.As the technology development of light emitting diodes (hereinafter referred to as LEDs) accelerates, the lighting system is gradually changing to LEDs. Energy-related ministries, industry and research institutes participate in the development of LED lighting, and periodically reviews and complements them. In line with this trend, the development of technologies for applying LEDs, which are used only for lighting, in communication is actively underway in Korea.

LED 조명통신융합기술인 LED 가시광통신(VLC:Visual Light Communication)은 LED 조명의 빛에 정보를 실어 무선통신하는 기술로서, 디지털 반도체에 의해 발생된 빛으로 켜짐과 꺼짐을 반복하여 빛의 켜짐을 디지털정보 1로 하고 빛의 꺼짐을 디지털정보 0로 하여 정보를 전달하는 무선통신기술이다.LED Lighting Visual communication (VLC) is a technology that wirelessly communicates by emitting information on the light of a LED light. It is a light generated by a digital semiconductor and is repeatedly turned on and off, 1, and turning off the light as digital information 0 is a wireless communication technology for transmitting information.

LED 조명이 초당 약 110회 이상으로 깜빡이면 사람의 눈으로 그 깜빡임을 인식하지 못하고 계속적으로 켜진 것으로 인식하기 때문에 통신에 의한 깜빡임은 있지만 계속적으로 켜진 것으로 인식되므로 조명의 기능과 무선통신의 기능을 동시에 실현이 가능하다.If the LED light is blinking more than 110 times per second, it is recognized that the blink is not recognized by the human eye and is continuously turned on. Realization is possible.

종래의 LED 가시광 통신 기술에서는 일정한 주기로 빛을 발광하는 LED와, 그 LED로부터 발광되는 빛을 수신하는 소자인 포토 다이오드(PD:photo diode)의 깜빡임(on-off 스위칭) 통신 모듈레이션을 이용하여 데이터를 송수신하도록 한다.In the conventional LED visible light communication technology, data is transmitted using an on-off switching communication modulation of an LED that emits light at a predetermined period and a photodiode (PD), which receives light emitted from the LED, Send and receive.

이러한 종래기술에서는 LED 광을 수신하기 위한 포토 다이오드의 설치가 필요하다는 단점이 있다. 특히, 다수의 LED가 존재하는 경우 각각의 LED 광의 수신을 위한 포토 다이오드의 개수는 많아지므로 비용이 증가하고 신호처리가 복잡해지는 문제점이 있다.In this conventional technique, it is necessary to install a photodiode for receiving LED light. In particular, in the presence of a large number of LEDs, the number of photodiodes for receiving each LED light is increased, resulting in a cost increase and signal processing complexity.

이에, 해당 기술분야에서는 포토 다이오드를 사용하지 않고 다수의 LED에 대한 가시광 통신을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 기술개발의 필요성이 계속 요구되어 오고 있다.Accordingly, there is a continuing need in the art to develop a technique for smoothly performing visible light communication with a large number of LEDs without using a photodiode.

공개특허공보 제2009-0016176호 (공개일:2009.02.13)Open Patent Publication No. 2009-0016176 (published on February 23, 2009) 공개특허공보 제2009-0047615호 (공개일:2009.05.13)Open Patent Publication No. 2009-0047615 (Published on May 23, 2009)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 포토 다이오드를 사용하지 않고 다수의 LED를 이용한 가시광 무선통신을 수행할 수 있도록 하는 LED 가시광 통신 시스템 및 그 통신방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an LED visible light communication system capable of performing visible light wireless communication using a plurality of LEDs without using a photodiode and a communication method therefor have.

본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 시스템은,
전송할 데이터에 대응되도록 각각 동일한 주파수의 펄스로 온/오프(on/off)되는 다수의 LED; 상기 주파수 펄스와 동일한 프레임 속도로 상기 다수의 LED에 대한 이미지를 연속 프레임으로 획득하는 이미지센서; 및 상기 이미지센서에서 획득된 각 프레임별 이미지로부터 상기 온/오프에 대응하는 상기 데이터를 추출하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 이미지센서에서 획득된 각 프레임별 이미지로부터 상기 LED의 온/오프 패턴을 각각 추출하고 상기 추출된 온/오프 패턴 중에는 기설정된 동기화 패턴이 적어도 하나 이상 포함되며, 상기 동기화 패턴의 프레임 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 프레임 이미지의 LED 온/오프 패턴으로부터 상기 데이터를 추출한다.In an LED visible light communication system according to an embodiment of the present invention,
A plurality of LEDs turned on / off with pulses of the same frequency corresponding to data to be transmitted; An image sensor for acquiring an image for the plurality of LEDs as a continuous frame at the same frame rate as the frequency pulse; And a control unit for extracting the data corresponding to the on / off from the image for each frame obtained by the image sensor. Wherein the controller extracts on / off patterns of the LEDs from the image of each frame obtained by the image sensor, and the extracted on / off patterns include at least one predetermined synchronization pattern, And extracts the data from the LED on / off pattern of the frame image after the preset sequence number from the frame image of the pattern.

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본 발명에서, 상기 온 펄스는 데이터 1 또는 0 중 하나에 대응되고 오프 펄스는 나머지 하나에 대응된다.In the present invention, the on-pulse corresponds to one of data 1 or 0, and the off-pulse corresponds to the other.

본 발명에서, 상기 주파수는 25~200㎐이다.
In the present invention, the frequency is 25 to 200 Hz.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 시스템은,
각각 서로 동일한 주파수의 펄스로 온/오프(on/off)하는 다수의 LED; 전송할 데이터에 따라 상기 각 LED를 온/오프시키는 LED점멸부; 상기 주파수 펄스와 동일한 프레임 속도로 상기 다수의 LED에 대한 이미지를 연속 프레임으로 촬영하는 이미지센서; 상기 이미지센서에서 촬영된 상기 다수의 LED에 대한 프레임별 이미지로부터 상기 LED의 온/오프 패턴을 추출하는 패턴추출부; 및 상기 추출된 LED의 온/오프 패턴으로부터 상기 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 제어부; 를 포함하고, 상기 패턴추출부에서 추출된 온/오프 패턴 중에는 기설정된 동기화 패턴이 적어도 하나 이상 포함되며, 상기 제어부는 상기 동기화 패턴의 프레임 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 프레임 이미지의 LED 온/오프 패턴으로부터 상기 데이터를 추출한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an LED visible light communication system,
A plurality of LEDs each on / off with pulses of the same frequency; An LED blinking unit for turning on / off each LED according to data to be transmitted; An image sensor for capturing an image of the plurality of LEDs in a continuous frame at the same frame rate as the frequency pulse; A pattern extracting unit for extracting on / off patterns of the LEDs from the frame-by-frame images of the plurality of LEDs taken by the image sensor; And a controller for extracting data corresponding to the on / off from the on / off pattern of the extracted LEDs. Off pattern extracted by the pattern extracting unit includes at least one predetermined synchronization pattern, and the controller controls the LED on / off pattern of a frame image of a predetermined sequence number from the frame image of the synchronization pattern, Lt; / RTI >

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또한, 본 발명에 따른 LED 가시광 통신 방법은,Further, in the LED visible light communication method according to the present invention,

각각 다수의 LED를 서로 동일한 주파수의 펄스로 온/오프시키되, 전송할 데이터를 상기 LED의 온/오프 펄스에 대응시켜 상기 각 LED를 온/오프시키는 제1단계; 이미지센서에서 상기 주파수 펄스와 동일한 프레임 속도로 상기 다수의 LED에 대한 이미지를 연속 프레임으로 획득하는 제2단계; 및 패턴추출부에서 상기 이미지센서에서 획득된 각 프레임별 이미지로부터 상기 각 LED의 온/오프 패턴을 추출하는 제3단계; 제어부에서 상기 추출된 LED의 온/오프 패턴으로부터 적어도 하나 이상의 동기화 패턴을 추출하는 제4단계; 및 상기 제어부에서 상기 추출된 동기화 패턴의 프레임 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 프레임 이미지에서의 LED 온/오프 패턴으로부터 상기 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 제5단계; 를 포함한다.A first step of turning on / off each of the plurality of LEDs with a pulse of the same frequency, and turning on / off each of the LEDs in correspondence with on / off pulses of data to be transmitted; A second step of acquiring an image of the plurality of LEDs as a continuous frame at the same frame rate as the frequency pulse in the image sensor; And a third step of extracting on / off patterns of the LEDs from an image for each frame obtained by the image sensor in a pattern extracting unit; A fourth step of extracting at least one synchronization pattern from an on / off pattern of the extracted LED in a control unit; And a fifth step of extracting data corresponding to the on / off from an LED on / off pattern in a frame image of a sequential number after the preset sequence number from the frame image of the extracted synchronization pattern by the control unit; .

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본 발명에 의하면 LED 가시광 통신 시스템에서 LED 광을 수신하기 위한 포토 다이오드를 사용하지 않으므로 이에 대한 비용이 절감되고 신호처리가 간편해진다.According to the present invention, since a photodiode for receiving LED light is not used in an LED visible light communication system, the cost is reduced and signal processing is simplified.

또한, 본 발명에 의하면 다수의 LED를 이용한 가시광 통신에서도 가능하다는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, visible light communication using a plurality of LEDs is advantageous.

또한, 본 발명에 의하면 휴대형 스마트기기에 내장된 카메라를 이용하여 LED 가시광 통신을 수행하므로 추가적인 장치를 설치할 필요 없이 즉시 쉽고 편리하게 데이터 통신이 가능하다.In addition, according to the present invention, LED visible light communication is performed using a camera built in a portable smart device, so that data communication is possible easily and conveniently without installing an additional device.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 가시광 통신 시스템의 데이터 처리과정을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 가시광 통신 시스템에서의 전송 프레임 포맷 구조도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 시스템에서의 동기화 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 시스템에서의 데이터 프레임 변조에 대한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 방법을 보이는 흐름도이다.1 is a configuration diagram of an LED visible light communication system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a data processing process of the LED visible light communication system according to the present invention.
3 is a structural view of a transmission frame format in an LED visible light communication system according to the present invention.
4 is a diagram illustrating a synchronization pattern in an LED visible light communication system according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram of data frame modulation in an LED visible light communication system according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating an LED visible light communication method according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an LED visible light communication system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 LED 가시광 통신 시스템(110)은 다수의 LED(110), 이미지센서(120) 및 제어부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an LED visible light communication system 110 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of LEDs 110, an image sensor 120, and a controller 130.

다수의 LED(110)는 LED 가시광 통신시스템(100)에서 송신기(transmitter)의 역할을 한다. 이러한 각 LED(110)는 기설정된 주파수의 펄스로 온/오프(on/off)된다. 온/오프 펄스의 주파수가 110㎐ 이상, 즉 초(sec)당 펄스가 110회 이상이면 사람의 눈으로는 그 온/오프를 구분하지 못하고 계속 온 상태인 것으로 인식한다. 이때, 각 LED(110)는 전송하고자 하는 데이터에 따라 온/오프가 결정된다. 예컨대, 서로 다른 이진 데이터에 온과 오프를 대응시키도록 할 수 있다. 다수의 LED(110)는 1×N으로 배열될 수 있고, M×1으로 배열될 수도 있으며, 바람직하게는 M×N으로 배열될 수도 있다. 물론, 매트릭스 형태가 아니라 원형, 방사형, 타원형 등 다양한 형태로 배열될 수 있음은 당연하다.The plurality of LEDs 110 serve as transmitters in the LED visible light communication system 100. Each of the LEDs 110 is turned on / off with a predetermined frequency pulse. When the frequency of the on / off pulse is 110 Hz or more, that is, when the number of pulses per second (sec) is 110 or more, it is recognized that the on / off state of the human eye can not be distinguished. At this time, each LED 110 is turned on / off according to data to be transmitted. For example, on and off can be associated with different binary data. The plurality of LEDs 110 may be arranged in 1 × N, M × 1, and preferably M × N. Of course, it is natural that it may be arranged in various forms such as a circle, a radial shape, an elliptical shape, and the like.

이미지센서(120)는 LED 가시광 통신시스템(100)에서 수신기(receiver)의 역할을 한다. 이러한 이미지센서(120)는 LED(110)의 온/오프 펄스의 주파수와 동일한 프레임 속도로 다수의 LED에 대한 전체 이미지를 연속 프레임으로 촬영한다. 즉, LED(110)의 온/오프 펄스 주파수와 이미지센서(120)의 촬영 프레임 속도가 동일하므로 LED(110)의 각 펄스마다 프레임 이미지를 획득한다는 것이다. 따라서 매 펄스마다 LED(110)의 이미지를 획득하게 된다.The image sensor 120 serves as a receiver in the LED visible light communication system 100. This image sensor 120 captures the entire image for a plurality of LEDs in a continuous frame at the same frame rate as the frequency of the on / off pulse of the LED 110. [ That is, since the on / off pulse frequency of the LED 110 and the imaging frame rate of the image sensor 120 are the same, a frame image is obtained for each pulse of the LED 110. Thus, an image of the LED 110 is acquired every pulse.

제어부(130)는 이미지센서(120)에서 획득한 LED(110)의 각 프레임별 이미지로부터 각 LED(110)의 온/오프 여부를 판단하고 그 온/오프 여부에 따라 데이터를 추출하도록 한다. 즉, 온과 오프를 각각 다른 데이터로 추출하도록 한다.The control unit 130 determines whether each LED 110 is turned on or off based on each frame image of the LED 110 acquired by the image sensor 120 and extracts data according to whether the LED 110 is turned on or off. That is, on and off are extracted from different data.

이때, 본 실시 예에서 이미지센서(120)는 초당 수 내지 수백 프레임으로 이미지를 획득할 수 있는 반도체 센서로서, 다양한 장치에 구현될 수 있다. 예컨대 이미지센서(120)는 디지털 카메라에 탑재될 수 있고 휴대폰이나 스마트기기 등에도 구현될 수 있다. 뿐만 아니라, 이미지센서(120) 및 제어부(120)는 상기한 장치들 내에 독립적인 모듈 또는 하나의 단일 모듈로 구현될 수도 있다.In this embodiment, the image sensor 120 is a semiconductor sensor capable of acquiring images from several to several hundreds of frames per second, and may be implemented in various apparatuses. For example, the image sensor 120 may be mounted on a digital camera and may be implemented in a cellular phone, a smart device, or the like. In addition, the image sensor 120 and the control unit 120 may be implemented as an independent module or a single module within the above-described devices.

도 2는 본 발명에 따른 LED의 온/오프 과정을 설명하는 일 예시도이다.2 is a diagram illustrating an on / off process of the LED according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시 예에서는 설명의 편의상 4개의 LED(110a~110d)가 일렬로 배열된 예를 설명하기로 한다. 물론, LED(110)의 개수 및 배열형태는 변경이 가능하다. LED(110)의 제1 펄스에 전송할 데이터가 '1011'이고, 제2 펄스에 전송할 데이터가 '0101'이라고 가정하면, 제1 펄스에서 제1 LED(110a)는 데이터 '1'에 대응하는 온(on), 제2 LED(110b)는 데이터 '0'에 대응하는 오프(off), 제3 LED(110c)와 제4 LDE(110d)는 데이터 '1'에 대응하는 온(on)이 된다. 또한, 제2 펄스에서는 제1 LED(110a)는 데이터 '0'에 대응하는 오프(off), 제2 LED(110b)는 데이터 '1'에 대응하는 온(on), 제3 LED(110c)는 데이터 '0'에 대응하는 오프(off), 제4 LDE(110d)는 데이터 '1'에 대응하는 온(on)이 된다. 이로써, 제1 LED(110a) 및 제3 LED(110c)의 입장에서는 펄스신호가 각각 온-오프가 되고 제2 LED(110b)는 펄스신호가 오프-온이 되며, 제4 LED(110d)는 펄스신호가 온-온이 되는 것이다.Referring to FIG. 2, an example in which four LEDs 110a to 110d are arranged in a row for the sake of explanation will be described in this embodiment. Of course, the number and arrangement of the LEDs 110 can be changed. Assuming that the data to be transmitted to the first pulse of the LED 110 is' 1011 'and the data to be transmitted to the second pulse is' 0101', the first LED 110a in the first pulse is' the second LED 110b turns off corresponding to data '0', and the third LED 110c and the fourth LDE 110d turn on corresponding to data '1' . In the second pulse, the first LED 110a is turned off corresponding to data '0', the second LED 110b is turned on corresponding to data '1', the third LED 110c is turned on, (Off) corresponding to data '0', and the fourth LDE 110d is turned on corresponding to data '1'. Thus, in the positions of the first LED 110a and the third LED 110c, the pulse signals are respectively turned on and off, the second LEDs 110b are turned off, and the fourth LEDs 110d are turned off The pulse signal is turned on.

이와 같이, 본 발명에서는 전송하고자 하는 데이터에 따라 각 LED(110)별로 대응시켜 동시에 온/오프함으로써 직렬 데이터 스트림을 한번에 전송하도록 할 수 있는 것이다. 이때, 전송할 데이터의 비트수가 다수의 LED(110)의 개수보다 적은 것이 바람직하지만, 많을 경우에는 다음 펄스에서 계속 이어서 전송하도록 설정할 수도 있다.As described above, according to the present invention, the serial data streams can be transmitted at one time by simultaneously turning on / off corresponding to each LED 110 according to data to be transmitted. At this time, although it is preferable that the number of bits of data to be transmitted is smaller than the number of LEDs 110, the number of bits of data to be transmitted may be set to be continuously transmitted in the next pulse.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지센서에서 촬영한 프레임별 이미지에 대한 예시도이다.3 is an exemplary view of a frame-by-frame image taken by an image sensor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기한 도 2의 일례를 적용하면 이미지센서(130)에서 촬영한 제1 프레임 이미지에는 제1~4 LED(110a~110d)가 순차적으로 온-오프-온-온으로 된 것으로 촬영되고 제2 프레임 이미지에는 순차적으로 오프-온-오프-온으로 된 것으로 촬영된다. 이는 각 펄스당 프레임 이미지를 촬영하므로 도 2에 도시된 펄스당 LED(110)를 그대로 촬영하기 때문이다. 이에, 제어부(130)는 각 프레임별 이미지로부터 공지의 이미지 프로세싱(image processing) 기법을 통해 순차적으로 온/오프에 따른 데이터를 추출한다. 예컨대, 온(on)은 데이터 '1'로, 오프(off)는 데이터 '0'으로 추출할 수 있다. 물론, 반대로 온(on)을 데이터 '0'으로, 오프(off)를 데이터 '1'로 추출할 수도 있다.Referring to FIG. 3, according to the example of FIG. 2, the first to fourth LEDs 110a to 110d are sequentially turned on and off in the first frame image captured by the image sensor 130 And the second frame image is photographed as sequentially off-on-off-on. This is because the frame image per pulse is photographed, so that the LED 110 per pulse shown in FIG. 2 is photographed. Accordingly, the control unit 130 sequentially extracts on / off data from the image of each frame through a known image processing technique. For example, on can be extracted as data '1', and off can be extracted as data '0'. Of course, conversely, on can be extracted as data '0', and off as data '1'.

이처럼 본 실시 예에서는 다수의 LED(110)를 광 송신기로 구현하고 이미지센서(120)를 광 수신기로 구현하도록 한다. 이때, 전송하고자 하는 데이터를 다수의 LED(110)에 대응시켜 각 LED(110)를 동시에 온/오프시키고, 이를 이미지센서(120)에서 각 LED(110)의 펄스별로 촬영하여 이미지를 획득한 후, 그 촬영된 이미지로부터 온/오프에 따른 데이터를 추출하도록 한다. 이러한 데이터는 LED(110)의 각 펄스마다 전송이 가능하다.In this embodiment, the plurality of LEDs 110 are implemented as an optical transmitter and the image sensor 120 is implemented as an optical receiver. At this time, data to be transmitted is associated with a plurality of LEDs 110, and the LEDs 110 are simultaneously turned on / off. The images are captured by the image sensor 120 for each of the LEDs 110 to acquire an image , And extracts data on / off from the photographed image. Such data can be transmitted for each pulse of the LED 110.

한편, 본 발명에 따른 다수의 LED(110)에서의 온/오프는 전송할 데이터에 따라 결정된다. 이때, 본 발명의 다른 실시 예에서는 전송할 데이터가 입력될 때 그 입력되는 데이터에 따라 각 LED(110)의 온/오프를 제어하도록 설정할 수 있다.On / off of the plurality of LEDs 110 according to the present invention is determined according to data to be transmitted. At this time, according to another embodiment of the present invention, when data to be transmitted is inputted, on / off of each LED 110 may be controlled according to input data.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED 가시광 통신시스템 구성도이다.4 is a block diagram of an LED visible light communication system according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서 LED 가시광 통신 시스템(100)은 LED점멸부(140) 및 패턴추출부(150)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the LED visible light communication system 100 may further include an LED blinker 140 and a pattern extractor 150 in another embodiment of the present invention.

LED점멸부(140)는 전송할 데이터에 따라 각 LED의 온/오프를 제어한다. 전술한 도 1의 실시 예에서 다수의 LED(110)는 미리 정해진 데이터에 따라 온/오프되지만, 도 4의 다른 실시 예에는 전송할 데이터가 계속 입력되는 경우, 즉 전송 데이터가 변경되는 경우에 그에 따라 각 LED(110)를 온/오프시키도록 한다. 이는 사용자에 의해 전송할 데이터를 계속 입력되는 경우 LED점멸부(140)는 이를 수신하여 그 데이터에 맞게 각 LED(110)를 온/오프시키도록 하는 것이다. 이로써, 본 실시 예에서는 각 LED(110)가 LED점멸부(140)로부터 출력되는 온/오프 신호에 따라 동작하여 기설정된 펄스 주파수로 온/오프된다.The LED blinker 140 controls ON / OFF of each LED according to data to be transmitted. In the embodiment of FIG. 1 described above, the plurality of LEDs 110 are turned on / off according to predetermined data, but in the case of the other embodiments of FIG. 4, when data to be transmitted is continuously input, Thereby turning on / off each LED 110. When the data to be transmitted by the user is continuously input, the LED blinking unit 140 receives the data and turns on / off each LED 110 according to the data. Thus, in the present embodiment, each LED 110 operates in accordance with an on / off signal output from the LED blinking unit 140 and is turned on / off at a predetermined pulse frequency.

이미지센서(120)는 상기한 바와 같이 상기 주파수와 동일한 프레임 속도로 해당 LED(110)에 대한 이미지를 연속 프레임으로 촬영한다. The image sensor 120 captures an image of the LED 110 in a continuous frame at the same frame rate as the frequency as described above.

패턴추출부(150)는 이미지센서(130)에서 촬영된 다수의 LED(110)에 대한 프레임별 이미지로부터 각 LED(110)에서의 온/오프 패턴을 추출한다. 이러한 각 프레임별로 전 LED(110)의 온/오프 패턴을 추출한다. 여기서, 온/오프 패턴이라 함은 어떤 위치의 LED가 온되고 어떤 위치의 LED가 오프되었는지에 대한 형태를 나타내는 것이다.The pattern extracting unit 150 extracts the on / off patterns of the LEDs 110 from the frame-by-frame images of the plurality of LEDs 110 captured by the image sensor 130. The on / off patterns of all the LEDs 110 are extracted for each frame. Here, the on / off pattern indicates a pattern of which position of the LED is on and in which position the LED is off.

이로써, 제어부(130)는 이와 같이 추출된 LED의 온/오프 패턴으로부터 그 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하도록 한다. 이때, 최종 추출된 데이터는 LED점멸부(140)에 입력되는 데이터와 동일한 데이터가 되고, 이로써 LED(110)를 통해 전송된 데이터가 제어부(130)를 통해 수신되도록 함으로써 LED 가시광 통신이 이루어지게 된다.Thus, the control unit 130 extracts data corresponding to the ON / OFF of the ON / OFF pattern of the extracted LED. At this time, the finally extracted data is the same data as the data input to the LED blinking unit 140, whereby the data transmitted through the LED 110 is received through the control unit 130, so that LED visible light communication is performed .

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 LED의 펄스별 온/오프에 따라 이미지센서에서 프레임별로 이미지를 촬영하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a process of capturing an image on a frame-by-frame basis in an image sensor according to pulse on / off of LEDs according to an embodiment of the present invention.

도 5에서는 일례로 2×3개의 LED(110)에 대해 설명하기로 한다. 먼저 (a)에서와 같이 제1 펄스신호에서는 전송할 데이터가 110011이고, 제2 펄스신호에서는 전송할 데이터가 001000, 제3 펄스신호에서는 100111, 제4 펄스신호에서는 010011이라고 가정한다. In FIG. 5, the 2 × 3 LEDs 110 will be described as an example. It is assumed that data to be transmitted is 110011 in the first pulse signal and that data to be transmitted in the second pulse signal is 001000, 100111 in the third pulse signal, and 010011 in the fourth pulse signal as in (a).

그러면, 이에 대응하여 (b)에서는 제1 펄스신호에서는 LED11 ~ LED22는 차례로 온-온-오프-오프-온-온이고, 그 다음 펄스인 제2 펄스신호에서는 오프-오프-온-오프-오프-오프이고, 제3 펄스신호에서는 온-오프-오프-온-온-온이고, 제4 펄스신호에서는 오프-온-오프-오프-온-온이 된다.Corresponding to this, in (b), in the first pulse signal, the LEDs 11 to 22 are sequentially turned on-off-off-on-on, and in the second pulse signal as the next pulse, off- Off-off in the third pulse signal, and off-on-off-off-on-on in the fourth pulse signal.

이를 LED11 ~ LED22의 입장에서 보면, 각 펄스별로 (c)와 같이 나타난다. 이때, 이미지센서(120)는 각 펄스신호별로 이미지를 촬영한다. 즉, LED의 펄스 주파수와 동일한 프레임 속도를 이미지를 촬영하는 것이다. 따라서, 촬영된 이미지에는 (a)에 도시된 각 LED(110)의 온/오프가 그대로 나타난다. 이들 프레임별 이미지에 나타난 온/오프로부터 데이터를 추출하게 되면 상기 전송 데이터가 되는 것이다. From the viewpoint of the LED 11 to the LED 22 , it appears as (c) for each pulse. At this time, the image sensor 120 captures an image for each pulse signal. That is, the image is taken at the same frame rate as the pulse frequency of the LED. Therefore, on / off of each LED 110 shown in (a) is displayed as it is in the photographed image. If the data is extracted from the on / off images shown in these frame-by-frame images, the data is the transmission data.

한편, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 실시 예에서는 광 수신기를 카메라, 휴대폰, 스마트기기 등과 같이 이미지를 촬영할 수 있는 장치가 될 수 있다. 즉, 이미지센서(120), 패턴추출부(150), 제어부(130) 등을 상기한 예들과 같은 광 수신기에 탑재할 수 있는 것이다. 그런데, 이러한 장치들을 이용하여 특정 장소에 설치된 다수의 LED(110)와 가시광 통신을 하는 경우, LED는 계속해서 기설정된 주파수의 펄스로 온/오프되고 있는 도중에 어느 순간에 광 수신기를 이용하여 데이터 통신을 수행할 수 있다. 이때, 계속되는 펄스신호 중 어느 펄스부터 데이터가 시작되는지를 결정해야 필요가 있다. 이는 광 송신기인 LED는 계속해서 광을 통해 데이터를 방출하고 있는데 광 수신기가 특정 시점에 데이터를 수신하게 되는 경우 어디부터 데이터를 추출해야 할지를 결정해야 한다는 것이다. 다시 말하면, 광 송신기와 광 수신기 간에 동기화가 필요하다는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는 LED(110)에서 펄스별로 데이터를 전송함에 있어 특정 펄스신호에 동기화를 위한 적어도 하나 이상의 온/오프 신호를 전송하도록 한다. 그러면, 광 수신기에서는 동기화를 위한 온/오프 신호 이후부터 기설정된 이후의 펄스부터 데이터로 추출하도록 설정할 수 있다. 이를 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.Meanwhile, as described above, the embodiment of the present invention can be an apparatus capable of photographing an image, such as a camera, a mobile phone, a smart device, or the like. That is, the image sensor 120, the pattern extracting unit 150, the controller 130, and the like can be mounted on the optical receiver as in the above examples. However, in the case of performing visible light communication with a plurality of LEDs 110 installed in a specific place by using such devices, the LED is continuously turned on / off with a predetermined frequency pulse, and at a certain moment, Can be performed. At this time, it is necessary to determine from which pulse of the succeeding pulse signal the data starts. This means that the LED, which is an optical transmitter, continues to emit data through the light and must decide where to extract the data when the optical receiver is to receive the data at a certain point in time. In other words, synchronization is required between the optical transmitter and the optical receiver. To this end, in the present invention, at least one or more ON / OFF signals for synchronizing with a specific pulse signal are transmitted in transmitting LED-based data by LED. Then, in the optical receiver, it is possible to set to extract data from the pulses after the on / off signal for synchronization after the predetermined pulse. This will be described with reference to FIG.

도 6은 본 발명에 따른 동기화 패턴의 일 예시도이다.6 is an example of a synchronization pattern according to the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명에서는 다수의 LED(110)에서 각 펄스별로 온/오프 패턴을 형성하는 도중에 도면의 일례와 같은 기설정된 동기화 패턴을 형성하도록 한다. 도면에는 일례로 6×6개의 LED를 도시한다. 이러한 동기화 패턴은 다양하게 설정될 수 있다. 예컨대 도면과 같이 온-오프가 반복되는 패턴, 모든 LED(110)가 온되거나 오프되는 패턴, 행과 열이 교대로 온과 오프되는 패턴 등 다양하게 설정할 수 있다. 또한, 다른 실시 예에서는 동일한 패턴이 연속으로 나오는 경우를 동기화 패턴으로 설정할 수도 있다.Referring to FIG. 6, a plurality of LEDs 110 form a predetermined synchronization pattern as shown in FIG. 1 during on / off pattern formation for each pulse. In the drawing, for example, 6 x 6 LEDs are shown. This synchronization pattern can be set in various ways. A pattern in which all the LEDs 110 are turned on or off, a pattern in which rows and columns are alternately turned on and off, and the like. In another embodiment, the case where the same pattern appears continuously may be set as a synchronization pattern.

이러한 동기화 패턴은 실질적으로 이미지센서(120)에서 구별한다. 즉, 이미지센서(120)에서 각 펄스별로 연속 프레임으로 이미지를 획득하는 경우 각 프레임별 이미지에서 기설정된 패턴이 추출되면, 이를 동기화 패턴을 확인하는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 동기화 패턴이 있는 이미지의 바로 다음 이미지부터 데이터를 추출하도록 설정할 수 있고, 동기화 패턴이 있는 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 이미지부터 데이터를 추출하도록 설정할 수도 있다. 그런데, 이러한 동기화 패턴은 필요에 따라 선택적으로 구현할 수 있다. 예컨대, 동일한 데이터를 반복적으로 송수신하는 경우 제어부(130)에서 동일한 데이터를 반복적으로 추출하는 경우에 동기화 패턴 없이도 그 반복되는 데이터로부터 원하는 데이터를 구분하여 추출할 수도 있다. 예컨대, 1011 데이터가 연속적으로 반복해서 추출되는 경우 제어부(130)에서는 1011만을 추출하도록 설정할 수도 있다.This synchronization pattern is substantially distinguished in the image sensor 120. That is, when the image sensor 120 acquires an image in successive frames for each pulse, if a predetermined pattern is extracted from the image for each frame, the synchronization pattern is confirmed. Therefore, in the embodiment of the present invention, it is possible to set data to be extracted from the immediately following image of the image having the synchronization pattern, and to extract data from the image having the predetermined sequence number or more from the image having the synchronization pattern. However, such a synchronization pattern can be selectively implemented as needed. For example, when repeatedly transmitting and receiving the same data, when the same data is repeatedly extracted by the control unit 130, the desired data may be separately extracted from the repeated data without a synchronization pattern. For example, when the 1011 data is continuously and repeatedly extracted, the control unit 130 may be configured to extract only 1011.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 가시광 통신방법을 보인 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an LED visible light communication method according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 LED 가시광 통신방법에서는 전송하고자 하는 데이터를 다수의 LED(110)의 온/오프 펄스에 대응시켜 기설정된 주파수의 펄스로 상기 각 LED(110)를 온/오프시킨다(S101). 이는 LED점멸부(140)에서 고정된 전송 데이터 뿐만 아니라, 연속해서 입력되거나 변경되는 송신 데이터를 각 LED(110)에 일대 일로 대응시켜 온/오프되도록 한다. 이때, 전송 데이터는 이진 데이터로서 '1'과 '0'으로 구성됨이 바람직하다.Referring to FIG. 7, in the LED visible light communication method according to the present invention, data to be transmitted is associated with on / off pulses of a plurality of LEDs 110, and the LEDs 110 are turned on / (S101). This allows the transmission data to be continuously input or changed, as well as the transmission data fixed in the LED blinker 140, to be turned on / off by associating the transmission data with each LED 110 in a one-to-one correspondence. At this time, it is preferable that the transmission data is composed of '1' and '0' as binary data.

이후에, 이미지센서(120)에서 상기한 펄스 주파수와 동일한 프레임 속도로 다수의 LED(110)에 대한 이미지를 연속 프레임으로 획득한다(S103). 이러한 프레임 이미지 획득은 전체 LED(110)를 한번에 촬영함으로써 구현된다. 이에 제어부(130)는 이미지센서(120)에서 획득된 각 프레임별 이미지로부터 각 LED(110)의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출한다(S105).Thereafter, the image sensor 120 acquires images of the plurality of LEDs 110 in successive frames at the same frame rate as the pulse frequency described above (S103). This frame image acquisition is implemented by taking a picture of the entire LED 110 at one time. The control unit 130 extracts data corresponding to on / off of the LEDs 110 from the image of each frame obtained by the image sensor 120 (S105).

여기서, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 S105 단계는 획득된 LED의 프레임별 이미지로부터 각 LED(110)의 온/오프 패턴을 추출하고 그 추출된 온/오프 패턴으로부터 해당 온/오프에 대응하는 데이터를 추출할 수 있다. 또한, 이 경우 선택적으로 각 LED의 온/오프 패턴을 추출한 이후에, 그 추출된 LED의 온/오프 패턴으로부터 적어도 하나 이상의 동기화 패턴을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때, 추출된 동기화 패턴의 프레임 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 프레임 이미지에서의 온/오프 패턴으로부터 해당 온/오프에 대응하는 데이터를 추출할 수도 있다.Here, although not shown in the drawing, the step S105 extracts on / off patterns of the LEDs 110 from the frame-by-frame images of the obtained LEDs, and extracts data corresponding to the on / off patterns from the extracted on / Can be extracted. In this case, the method may further include extracting at least one synchronization pattern from the on / off pattern of the extracted LED after selectively extracting the ON / OFF pattern of each LED. In this case, Off pattern in the frame image after the preset sequence number from the frame image of the frame image of the first frame.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 전송하고자 하는 데이터에 따라 다수의 LED(110)를 온/오프시키되, 각 LED(110)가 동시에 온 또는 오프되는 패턴을 각 펄스마다 이미지를 획득하도록 하여 그 이미지에 나타난 온/오프 패턴을 통해 데이터를 추출하도록 함으로써, 데이터의 전송이 가능하도록 한다. 이로써 LED 및 이미지센서를 이용한 LED 가시광 통신을 가능하게 된다.As described above, according to the present invention, a plurality of LEDs 110 are turned on / off according to data to be transmitted, and a pattern in which each LED 110 is simultaneously turned on or off is acquired for each pulse, Data is extracted through the on / off pattern shown in FIG. This enables LED visible light communication using LEDs and image sensors.

상술한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the details of the illustrated embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope of the appended claims, The genius will be so self-evident. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

110 : LED 120 : 이미지센서
130 : 제어부 140 : LED점멸부
150 : 패턴추출부110: LED 120: Image sensor
130: Control section 140: LED flashing section
150: pattern extracting unit

Claims (13)

전송할 데이터에 대응되도록 각각 동일한 주파수의 펄스로 온/오프(on/off)되는 다수의 LED;
상기 주파수 펄스와 동일한 프레임 속도로 상기 다수의 LED에 대한 이미지를 연속 프레임으로 획득하는 이미지센서; 및
상기 이미지센서에서 획득된 각 프레임별 이미지로부터 상기 온/오프에 대응하는 상기 데이터를 추출하는 제어부; 를 포함하고,
상기 제어부는 상기 이미지센서에서 획득된 각 프레임별 이미지로부터 상기 LED의 온/오프 패턴을 각각 추출하고 상기 추출된 온/오프 패턴 중에는 기설정된 동기화 패턴이 적어도 하나 이상 포함되며, 상기 동기화 패턴의 프레임 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 프레임 이미지의 LED 온/오프 패턴으로부터 상기 데이터를 추출하는 LED 가시광 통신 시스템.A plurality of LEDs turned on / off with pulses of the same frequency corresponding to data to be transmitted;
An image sensor for acquiring an image for the plurality of LEDs as a continuous frame at the same frame rate as the frequency pulse; And
A control unit for extracting the data corresponding to the on / off from an image for each frame obtained by the image sensor; Lt; / RTI >
Wherein the controller extracts on / off patterns of the LEDs from the image of each frame obtained by the image sensor, and the extracted on / off pattern includes at least one predetermined synchronization pattern, Off pattern of the frame image after the predetermined sequence number from the LED on / off pattern of the frame image. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 온 펄스는 데이터 1 또는 0 중 하나에 대응되고 오프 펄스는 나머지 하나에 대응되는 LED 가시광 통신 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the on-pulse corresponds to one of data 1 or 0 and the off-pulse corresponds to the other. 제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 주파수는 25~200㎐인 것을 특징으로 하는 LED 가시광 통신 시스템.6. The method according to claim 1 or 5,
Wherein the frequency is 25 to 200 Hz. 각각 서로 동일한 주파수의 펄스로 온/오프(on/off)하는 다수의 LED;
전송할 데이터에 따라 상기 각 LED를 온/오프시키는 LED점멸부;
상기 주파수 펄스와 동일한 프레임 속도로 상기 다수의 LED에 대한 이미지를 연속 프레임으로 촬영하는 이미지센서;
상기 이미지센서에서 촬영된 상기 다수의 LED에 대한 프레임별 이미지로부터 상기 LED의 온/오프 패턴을 추출하는 패턴추출부; 및
상기 추출된 LED의 온/오프 패턴으로부터 상기 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 제어부; 를 포함하고,
상기 패턴추출부에서 추출된 온/오프 패턴 중에는 기설정된 동기화 패턴이 적어도 하나 이상 포함되며, 상기 제어부는 상기 동기화 패턴의 프레임 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 프레임 이미지의 LED 온/오프 패턴으로부터 상기 데이터를 추출하는 LED 가시광 통신 시스템.A plurality of LEDs each on / off with pulses of the same frequency;
An LED blinking unit for turning on / off each LED according to data to be transmitted;
An image sensor for capturing an image of the plurality of LEDs in a continuous frame at the same frame rate as the frequency pulse;
A pattern extracting unit for extracting on / off patterns of the LEDs from the frame-by-frame images of the plurality of LEDs taken by the image sensor; And
A control unit for extracting data corresponding to the on / off from the on / off pattern of the extracted LED; Lt; / RTI >
Wherein the controller includes at least one predetermined synchronization pattern among the on / off patterns extracted by the pattern extracting unit, and the control unit extracts the data from the LED on / off patterns of the frame images after the predetermined sequence number from the frame image of the synchronization pattern Extracted LED visible light communication system. 삭제delete 삭제delete 각각 다수의 LED를 서로 동일한 주파수의 펄스로 온/오프시키되, 전송할 데이터를 상기 LED의 온/오프 펄스에 대응시켜 상기 각 LED를 온/오프시키는 제1단계;
이미지센서에서 상기 주파수 펄스와 동일한 프레임 속도로 상기 다수의 LED에 대한 이미지를 연속 프레임으로 획득하는 제2단계; 및
패턴추출부에서 상기 이미지센서에서 획득된 각 프레임별 이미지로부터 상기 각 LED의 온/오프 패턴을 추출하는 제3단계;
제어부에서 상기 추출된 LED의 온/오프 패턴으로부터 적어도 하나 이상의 동기화 패턴을 추출하는 제4단계; 및
상기 제어부에서 상기 추출된 동기화 패턴의 프레임 이미지로부터 미리 설정된 순번 이후의 프레임 이미지에서의 LED 온/오프 패턴으로부터 상기 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 제5단계; 를 포함하는 LED 가시광 통신방법.A first step of turning on / off each of the plurality of LEDs with a pulse of the same frequency, and turning on / off each of the LEDs in correspondence with on / off pulses of data to be transmitted;
A second step of acquiring an image of the plurality of LEDs as a continuous frame at the same frame rate as the frequency pulse in the image sensor; And
A third step of extracting an ON / OFF pattern of each LED from an image for each frame obtained by the image sensor in a pattern extracting unit;
A fourth step of extracting at least one synchronization pattern from an on / off pattern of the extracted LED in a control unit; And
A fifth step of extracting, from the frame image of the extracted synchronization pattern, data corresponding to the on / off from an LED on / off pattern in a frame image after a predetermined sequence number; And a second LED. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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