KR102327440B1

KR102327440B1 - Bppm 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102327440B1
Application number: KR1020210063521A
Authority: KR
Inventors: 장영민; 오스만 알리 모하마드
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2021-11-16

Abstract

BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법 및 장치가 개시된다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법은, 이중 레벨 펄스 위치 변조(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM) 기반 하이브리드 신호를 단일 카메라를 통해 수신하는 신호 수신 장치의 프로세서에 의해 수행되는 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법으로서, 파일럿 신호를 수신하는 단계와, 파일럿 신호에 기초하여 광원의 밝기(intensity)를 판단하는 단계와, 광원의 밝기에 기초하여 광원으로부터 수신되는 하이브리드 신호의 하이(high) 레벨 및 로우(low) 레벨을 구분할 수 있는 제 1 임계값 및 제 1 임계값보다 낮은 제 2 임계값을 결정하는 단계와, 제 1 임계값 및 제 2 임계값에 기초하여 BPPM 복조 방식에 따라 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECEIVING HYBRID WAVEFORM SIGNAL BASED ON BI-LEVEL PULSE POSITION MODULATION}

본 개시는 고속 데이터 스트림 및 저속 데이터 스트림이 하이브리드 파형으로 송수신 될 수 있도록 이중 레벨 펄스 위치 변조(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM)를 수행하는 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무선통신은 비용, 실용성 및 운용성 측면에서 유리하지만 병목현상이 발생한다. 또한, 10 GHz 주파수 부분 아래에 있는 RF(Radio Frequency) 대역이 무선통신에 널리 사용되어 왔으나 대역폭이 요구하는 용량과 속도를 충족시키지 못하고 또한 여러 기술이 동일한 주파수 대역(Wi-Fi, 블루투스, 이동통신망, 무선전화)을 동시에 공유하게 되면서 무선통신에서 발생하는 병목현상 문제를 해결하기 위한 연구가 활발히 진행되어 왔다.

이에, 최근에는 RF 기술을 기반으로 하는 많은 무선 애플리케이션이 광 무선 기술로 대체되고 있다. 그 중 가시 광선 통신(Visible Light Communication, VLC)은 이미 확립된 기술로, 가시광 스펙트럼(400~790THz)을 사용하여, 높은 데이터 속도를 제공하고, LED, LD의 변조된 광학적 신호를 사용하는 기술이다.

한편, 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 기술은 개발 및 표준화 중인 기술로, 별도의 수신기 없이 스마트폰 카메라, 차량 카메라 등의 이미지 센서로 가시광선 데이터를 직접적으로 수신하는 기술이라고 할 수 있으며, 광 무선 통신(Optical Wireless Communication, OWC) 제품군의 일부인 새로운 유망한 기술 중 하나이다. 여기서 OWC 기술은 병목현상을 해결하기 위해 허가되지 않은 스펙트럼을 통신 매체로 사용하여, 주파수 사용허가가 필요 없으며 전파의 직진성과 낮은 물체 투과성으로 보안 유지에 용이하다는 특징을 가지고 있다.

이러한 광학 카메라 통신(OCC)은 특히 차량 통신의 가장 유망한 후보 중 하나이다. 예를 들어, 광학 카메라 통신(OCC)을 위해서 차량의 후미등 등의 조명등을 송신기로, 차량에 구비된 카메라를 수신기로 사용할 수 있다. 즉, 차량의 전방 및 후방 LED는 차량 상태 또는 기타 정보를 다른 차량에 전송할 수 있는 광학 카메라 통신(OCC) 송신기로 사용될 수 있으며, 카메라 수신기에서는 상기 차량의 전방 및 후방 LED를 캡쳐한 이미지에서 데이터를 디코딩 하여 데이터를 수신할 수 있다.

상기와 같은 광학 카메라 통신(OCC) 기반 차량 통신은 선행기술 1에도 개시되어 있다. 그러나 선행기술 1과 같은 종래의 광학 카메라 통신(OCC) 기반 차량 통신 기술에서는, 전방차량으로 데이터를 수신할 때 차량에 구비된 두 대의 카메라를 이용하거나, 차량에 구비된 한 대의 카메라와 레이더를 사용하고 있다.

예를 들어, IEEE 802.15.7-2018의 PHY IV 모드에 따르면 차량 통신을 위한 변조 기술은 통신 데이터는 물론 여러 송신기의 감지 및 추적을 제공 해야 한다. 광학 카메라 통신(OCC) 송신기는 통신 링크를 성공적으로 구축하기 위해 고속 및 저속 데이터 스트림을 하이브리드 파형으로 함께 전송할 수 있도록 설계될 수 있다. 트윙클 가변 펄스 위치 변조(Twinkle Variable Pulse Position Modulation, Twinkle-VPPM) 및 하이브리드 공간 위상 편이 변조(Hybrid Spatial Phase-Shift Keying, HS-PSK)와 같은 IEEE 802.15.7-2018에서 표준화된 기존 변조 방식은, 언더 샘플링 된 위상 편이 온-오프 변조(Undersampled Phase Shift On-Off Keying, UFSOOK) 및 공간 2상 편이 변조(Spatial 2-Phase Shift Keying, S2-PSK)는 각각 저속 데이터 스트림으로 전송될 수 있고, 가변 펄스 위치 변조(Variable Pulse Position Modulation, VPPM) 및 조광 가능 공간 8상 편이 변조(Dimmable Spatial 8-Phase Shift Keying, DS8-PSK)는 각각 고속 스트림으로 전송될 수 있다.

그러나 HS-PSK 및 Twinkle-VPPM은 데이터 스트림을 수신하기 위해 두 대의 카메라가 필요하다. Twinkle-VPPM에서는 고속 VPPM 스트림의 펄스 폭/듀티 사이클을 변경하여 저속 UFSOOK 스트림을 생성하고, HS-PSK에서는 가능한 7 가지 디밍 레벨 중에서 DS8-PSK의 강도를 변화시켜 S2-PSK를 생성할 수 있다. 즉, 두 경우 모두 저속 스트림과 고속 스트림은 각각 저속 카메라 및 고속 카메라를 사용하여 디코딩 될 수 있다.

이러한 경우 차량 통신을 위해 두 대의 카메라가 필수적으로 구비되어야 한다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

선행기술 1: 한국 등록특허공보 제10-1689252호(2016.12.19.등록)

본 개시의 실시 예의 일 과제는, 단일 카메라를 수신기로, 차량의 복수의 후미등을 송신기로 활용하는 OCC 시스템을 이용해, 고속 데이터 스트림 및 저속 데이터 스트림이 하이브리드 파형으로 동시에 송수신 될 수 있도록 이중 레벨 펄스 위치 변조(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM)를 수행하는데 있다.

본 개시의 실시 예의 목적은 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법은, 파일럿 신호를 수신하는 단계와, 파일럿 신호에 기초하여 광원의 밝기(intensity)를 판단하는 단계와, 광원의 밝기에 기초하여 광원으로부터 수신되는 하이브리드 신호의 하이(high) 레벨 및 로우(low) 레벨을 구분할 수 있는 제 1 임계값 및 제 1 임계값보다 낮은 제 2 임계값을 결정하는 단계와, 제 1 임계값 및 제 2 임계값에 기초하여 BPPM 복조 방식에 따라 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조하는 단계를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 장치는, 광원으로부터의 광 신호를 수신하여 영상을 생성하는 단일 카메라와, 적어도 하나의 프로세서와, 프로세서와 전기적으로 연결되고, 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서를 통해 실행될 때 프로세서가, 파일럿 신호를 수신하고, 파일럿 신호에 기초하여 광원의 밝기(intensity)를 판단하며, 광원의 밝기에 기초하여 광원으로부터 수신되는 하이브리드 신호의 하이(high) 레벨 및 로우(low) 레벨을 구분할 수 있는 제 1 임계값 및 제 1 임계값보다 낮은 제 2 임계값을 결정하고, 제 1 임계값 및 제 2 임계값에 기초하여 BPPM(Bi-level Pulse Position Modulation) 복조 방식에 따라 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조하도록 야기하는 코드를 저장할 수 있다.

이 외에도, 본 발명의 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체가 더 제공될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 개시의 실시 예에 의하면, 단일 카메라를 수신기로, 차량의 복수의 후미등을 송신기로 활용하는 OCC 시스템을 이용해, 고속 데이터 스트림 및 저속 데이터 스트림이 하이브리드 파형으로 동시에 송수신 될 수 있도록 이중 레벨 펄스 위치 변조(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM)를 수행함으로써, 데이터 전송률 및 데이터 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한, 한 개의 고속 프레임 카메라로 저속 스트림 및 고속 스트림을 수신할 수 있도록 함으로써, 전체 시스템 비용과 복잡성 줄일 수 있고, 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.

또한, 전방차량의 두 개의 후미등에서 동일한 신호를 송신하므로, 전방차량의 두 개의 후미등 중 하나가 카메라의 시야(FOV)를 벗어나더라도 데이터를 수신하여 디코딩을 수행할 수 있도록 함으로써, 차량간 통신의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 복수의 카메라 또는 하나의 카메라와 추가 센서를 통해 전방차량의 위치를 감지하지 않고, 단일 카메라만을 이용함으로써, 연산 복잡도를 감소시킬 수 있고, 차량 설비 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 차량을 경량화 할 수 있다.

또한, 인공신경망을 이용하여 전방차량의 후미등 영역을 판단함으로써, 후미등 영역 감지 정확도를 향상시킬 수 있어, 제품 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 카메라 통신(OCC) 기반 차량 간 통신을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형을 이용한 차량간 통신 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형을 이용한 차량간 통신 구성을 보다 구체적으로 도시한 예시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 장치에서 촬영한 광원에 대한 스트라이프 패턴(Stripe pattern)을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 광학 카메라 통신(OCC) 기반 차량 간 통신을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시 예의 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 시스템은, 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication, OCC) 기술을 기반으로 하는 것으로, 차량 통신에 광학 카메라 통신(OCC)을 적용할 수 있다.

또한, 도 1을 참조하면, 광학 카메라 통신(OCC)은 LED 등의 광원을 송신기로, 카메라를 수신기로 사용하는 것으로, 본 실시 예에서는, 차량(10)의 전방에 위치한 타차량(20)의 2 개의 후미등을 광원으로 하여 송신하고자 하는 데이터에 대한 신호를 출력하고, 차량(10)에 구비된 카메라로 상기 광원으로부터의 신호를 수신하는 차량간 통신을 수행할 수 있다.

즉, 차량(10)과 전방에 위치한 타차량(20)이 서로 통신할 수 있음을 볼 수 있으며, 각각 차량에는 2 개의 전조등과 2 개의 후미등을 포함할 수 있다. 또한, 그 외에도 다양한 위치에 다양한 용도로 구비된 조명들을 포함할 수 있다. 그러나 본 실시 예에서는, 타차량(20)의 2 개의 후미등을 이용하여 차량(10)과 타차량(20)의 차량 통신이 수행되도록 하는 것을 실시 예로 할 수 있다. 한편, 본 실시 예에서는, 특정 차량과 특정 차량의 전방에 위치한 타차량을 차량(10)과 타차량(20)으로 명명하고 있으나, 다른 차량이 전방에만 위치할 수 있는 것은 아니다. 타차량(20)의 광원으로부터 신호를 수신해야 하므로, 차량(10)에 구비된 카메라의 시야(Field Of View, FOV) 내에 위치하는 모든 차량을 타차량이라고도 할 수 있다.

이때, 광원인 차량의 조명은 사람의 눈으로 감지 할 수 없는 flicker free 방식으로 변조될 수 있다. 즉 차량의 전방 및 후방에 위치한 조명은 차량 상태 또는 기타 정보를 다른 차량에 전송할 수 있는 광학 카메라 통신(OCC) 송신기로 사용될 수 있으며, 카메라 수신기에서는 상기 조명을 캡쳐한 이미지에서 데이터를 디코딩 하여 조명에서 전송된 정보들을 확인할 수 있다.

한편, 예를 들어, IEEE 802.15.7-2018의 PHY IV 모드에 따르면 차량 통신을 위한 변조 기술은 통신 데이터는 물론 여러 송신기의 감지 및 추적 데이터를 제공해야 한다. 이에, OCC 송신기는 통신 링크를 성공적으로 구축하기 위해 고속 및 저속 데이터 스트림을 하이브리드 파형으로 함께 전송할 수 있도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 트윙클 가변 펄스 위치 변조(Twinkle Variable Pulse Position Modulation, Twinkle-VPPM) 및 하이브리드 공간 위상 편이 변조(Hybrid Spatial Phase-Shift Keying, HS-PSK)와 같은 IEEE 802.15.7-2018에서 표준화된 기존 변조 방식은, 언더 샘플링된 위상 편이 온-오프 변조(Undersampled Phase Shift On-Off Keying, UFSOOK) 및 공간 2상 편이 변조(Spatial 2-Phase Shift Keying, S2-PSK)를 통해 저속 데이터 스트림이 전송될 수 있으며, 가변 펄스 위치 변조(Variable Pulse Position Modulation, VPPM) 및 조광 가능 공간 8상 편이 변조(Dimmable Spatial 8-Phase Shift Keying, DS8-PSK)를 통해 고속 스트림이 전송될 수 있다.

그러나 HS-PSK 및 Twinkle-VPPM은 데이터 스트림을 수신하기 위해 필수적으로 두 대의 카메라가 필요할 수 있다. Twinkle-VPPM에서는 고속 VPPM 스트림의 펄스 폭/듀티 사이클을 변경하여 저속 UFSOOK 스트림을 생성할 수 있다. 반면 HS-PSK에서는 가능한 7 가지 디밍 레벨 중에서 DS8-PSK의 강도를 변화시켜 S2-PSK를 생성할 수 있다.

상기와 같은 변조 방법들의 경우, 모두 저속 스트림과 고속 스트림은 각각 저속 및 고속 카메라를 사용하여 디코딩 될 수 있다. DS8-PSK의 경우 3 비트 데이터를 디코딩 하려면 8 개의 LED로 구성된 참조 LED 그룹이 필요할 수 있다. 결과적으로 이미지 프레임 당 전송되는 비트 수는 LED 어레이의 LED 수보다 적다. 또한 S2-PSK 파형은 두 후미등의 LED의 상태(state)에서 디코딩 될 수 있다.

그러나 차량의 후미등의 LED 중 하나가 카메라의 시야(FOV)를 벗어나거나 막힘으로 인해 시야(line of sight, LOS)를 벗어날 수 있다. 따라서 하이브리드 파형이 2 개의 후미등 중 하나에서만 전송되거나, 2 개의 후미등에서 동일한 하이브리드 파형이 전송되는 경우 이러한 문제를 극복 할 수 있다.

즉 본 실시 예는, 하나의 후미등(LED) 또는 2 개의 후미등에서 동일한 하이브리드 파형이 출력되도록 하는 것으로, 각 후미등은 동일한 정보를 동시에 전송할 수 있다.

본 실시 예에서는, 고속 데이터 스트림은 PPM(pulse-position modulation) 방식으로 변조하고, 저속 데이터 스트림은 두 가지 다른 강도 레벨을 사용하여 고속 스트림의 펄스 진폭을 변조하여 전송되도록 할 수 있다. 따라서, 전방 차량의 후미등 중 하나가 카메라의 시야(FOV)를 벗어나더라도 두 후미등이 동일한 정보를 전송하므로 데이터를 수신하여 디코딩 할 수 있다.

이때 본 실시 예에서는, 고속 데이터 스트림은 PPM 방식으로 변조하고, 저속 데이터 스트림은 두 가지 다른 강도 레벨을 사용하여 변조되므로, 이중 레벨 펄스 위치 변조(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM) 기법에 의해 변조된다고 할 수 있다.

다시 말해, 일반적으로 변조 기술은 고속 스트림 및 저속 스트림을 각각 디코딩 하기 위해 고속 카메라 및 저속 카메라를 필요로 하지만, 본 실시 예에서는, 하나의 고속 카메라를 사용하여 고속 스트림 및 저속 스트림을 모두 디코딩 할 수 있다. 이때 고속 프레임 속도 카메라의 프레임 속도에 따라 저속 스트림의 데이터 속도를 높일 수 있다.

이러한 본 실시 예의 기술을 적용하게 되면, 광학 카메라 통신(OCC)을 기반으로 하여, 통신 거리가 최대 20m 인 1kbps 이상의 데이터 속도로 무선 주파수(RF) 기술 없이 데이터를 수신할 수 있고, 오류율이 낮으며, 실시간 차량 정보 수집 서비스를 지원할 수 있다.

여기서, 광학 카메라 통신(OCC)이란, 카메라 이미지 센서를 사용하여 광원에서 전송된 데이터 비트를 수신하는 기술로, LED 조명과 카메라가 내장된 스마트폰 등이 대부분의 공간에서 사용되고 있는 인프라에서 매우 이점이 많은 유망한 기술로 연구되고 있다. 또한 광학 카메라 통신(OCC)은 우수한 신호 대 간섭 + 잡음 비율(SINR), 높은 보안, 낮은 간섭 및 다양한 통신 거리에 대한 높은 안정성을 포함한 고성능 특성을 제공할 수 있다.

광학 카메라 통신(OCC)은 다양한 유형의 수신기가 사용될 수 있기 때문에 가시 광선 통신(Visible Light Communication, VLC) 및 라이파이(Light Fidelity, LiFi)와 차이가 있으며, 가시 광선 통신(VLC) 및 LiFi에서 포토 다이오드(photodiode, PD)는 데이터 수신에만 사용된다. 광학 카메라 통신(OCC) 시스템에서 통신 목적을 지원하기 위해 하드웨어를 수정할 필요 없이 렌즈와 2 차원 이미지 센서로 구성된 일반적인 카메라는 포토 다이오드에 비해 기존 렌즈에서 빛이 공간적으로 분리되어 통신에 유리하며, 높은 이미지 해상도와 함께 카메라는 동시에 공간적으로 분리된 여러 광원을 복조 할 수 있다.

카메라 수신기의 셔터 메커니즘은 이미지의 픽셀 노출을 결정할 수 있으며, 셔터 메커니즘에 따라 카메라는 글로벌 또는 롤링 셔터 등급으로 분류될 수 있다. 순차적으로 픽셀 행을 빛에 노출시키는 롤링 셔터 카메라는 롤링 이미지에서 변조된 빛의 강도 변화를 감지 할 수 있을 만큼 빠르게 샘플링 해야 한다. 모든 픽셀을 동시에 노출하는 글로벌 셔터 카메라는 연속 이미지에서 각 LED의 광도 변화를 감지 할 수 있는 충분히 빠른 프레임 속도가 필요하다.

한편, 광원의 주 목적은 조명이고 통신은 부차적이므로 광원과 그 변조를 적절하게 선택하여야 한다. 변조 방식에는 펄스 기반 전송이 있으며, 펄스 기반 전송은 데이터가 사인파가 아닌 펄스파로 인코딩되는 변조 기술을 포함할 수 있다. 그리고 펄스 기반 전송 변조는 단일 고전력, 고효율, 느린 응답의 DC 컨버터와 빠른 속도로 작동하는 추가 전원 스위치로 구현하여 결정된 순간에 LED에 전류를 전달할 수 있으며, 평균값이 데이터 신호의 펄스 폭에 따라 달라지면 데이터 전송을 작동하는 동일한 스위치가 디밍 제어를 제공하여 DC 컨버터를 크게 단순화 할 수 있다. 디밍 가능 변조는 On-Off Keying(OOK), Variable Pulse Position Modulation(VPPM) 및 Color Shift Keying(CSK) 등의 변조 기술을 포함할 수 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형을 이용한 차량간 통신 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형을 이용한 차량간 통신 구성을 보다 구체적으로 도시한 예시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시 예에서는, 타차량(20)에 차량 통신을 위한 신호 송신 장치(100)가 구비될 수 있고, 차량(10)에 차량 통신을 위한 신호 수신 장치(200)가 구비될 수 있다. 본 실시 예의 신호 송신 장치(100)는 2 개의 후미등을 이용하여 차량의 정보(예: 차량 식별번호, 차량의 위치 정보, 차량의 영상 또는 음성 정보 등)를 송신할 수 있으며, 신호 수신 장치(200)는 상기 차량의 정보에 대한 송신 신호를 수신할 수 있다. 다만 본 실시 예에서는, 2 개의 후미등을 이용하여 차량의 정보를 송신하되, 2 개의 후미등에서 동일한 신호를 송신할 수 있다.

본 실시 예에서, 이러한 차량 정보를 송신 및 수신하기 위한 신호는 하이브리드 파형일 수 있으며, 이러한 하이브리드 파형은 광학 카메라 통신(optical camera communication, OCC) 기술을 사용하여 PPM(Variable Pulse Position Modulation) 방식으로 구현된 펄스파 신호와, 상기 PPM 방식으로 구현된 펄스파 신호의 진폭을 2 개의 레벨로 변경하여, 일종의 C-OOK(Camera-On Off Keying) 방식으로 구현된 펄스파 신호가 혼합된 파형일 수 있다. 이를 통해 한 차량의 적어도 하나 이상의 후미등만을 이용하여 고속 데이터와 저속 데이터 전송이 동시에 이루어질 수 있게 된다.

또한, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 신호 송신 장치(100) 및 신호 수신 장치(200) 사이의 통신을 설명한다.

신호 송신 장치(100)는 인코딩부(110), BPPM 변조부(120) 및 광원부(130)를 포함할 수 있다.

인코딩부(110)는 제 1 타입의 정보에 대한 디지털 데이터인 제 1 데이터를 디지털 신호로 인코딩 하는 제 1 인코더(111) 및 제 2 타입의 정보에 대한 디지털 데이터인 제 2 데이터를 디지털 신호로 인코딩 하는 제 2 인코더(112)를 포함할 수 있다.

여기서 제 1 타입의 정보는 제 1 사이즈 미만의 크기를 가지는 정보일 수 있으며, 구체적으로 차량의 식별번호(Vehicle ID)나 차량의 위치 정보(예: 차선 정보)등과 같이 용량이 작은 데이터가 될 수 있다.

또한, 제 2 타입의 정보는 제 2 사이즈 이상 크기를 가지는 정보가 될 수 있으며, 예를 들어 영상 정보(예: 차량 운행 영상 정보, 도로 교통 신호 정보 등), 음성 정보(예: 실시간 교통 상황 정보, 도로 제한 속도 정보 등)와 같은 멀티미디어(multimedia) 콘텐츠 등의 데이터 용량이 큰 정보가 될 수 있다.

즉 본 실시 예에서는, 제 1 타입의 정보에 대한 제 1 데이터는 저속 데이터일 수 있고, 제 2 타입의 정보에 대한 제 2 데이터는 고속 데이터일 수 있다. 따라서, 제 1 데이터 및 제 2 데이터는 서로 다른 정보이고, 제 1 데이터의 전송 비트 레이트(bit-rate)는 제 2 데이터의 전송 비트 레이트 보다 낮을 수 있다.

즉, 신호 송신 장치(100)는 차량 후미등과 같은 조명에 의해 구현될 수 있으며, 제 1 인코더와 제 2 인코더를 포함하는 인코더(Encoder)와, 인코딩 데이터를 변조(modulation)하는 변조부(modulator)와, 광원 구동 회로(LED driving circuitry) 및 광원(LED array)을 포함하는 광원부를 포함할 수 있다.

신호 송신 장치(100)는 전송하고자 하는 입력 데이터 시퀀스(Input data sequence)를 코딩 할 수 있다. 이러한 코딩은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예컨대, 인코더는 전송하고자 하는 데이터가 1인 경우 광원의 온(on)에 대응시키고 데이터가 0인 경우에는 광원의 오프(off)에 대응시킬 수 있다. 이러한 예시는 광원의 펄스주파수에 따라 다르게 설정할 수 있다. 예컨대, 데이터가 1인 경우 광원을 온-온에 대응시키고 데이터가 0인 경우 광원을 오프-오프에 대응시킬 수도 있다.

이처럼, 본 실시 예에서 신호 송신 장치(100)는 데이터에 대응하는 광원의 온/오프 상태를 서로 매칭시켜 향후 광원의 온/오프를 통해 데이터가 전송되도록 할 수 있다.

또한, 본 실시 예에서, 신호 송신 장치(100)는 코딩된 데이터를 데이터 심볼로 구성하고 데이터 심볼을 포함하는 데이터 패킷을 생성할 수 있다. 이러한 데이터 패킷은 디지털 비트 1과 0으로 구성된 데이터를 연속으로 배열하여 구성될 수 있다.

또한 일 실시 예에 있어서, 인코더(110)는 FEC(Forward Error Correction) 인코더 및 Ab 비트(asynchronous bits) 삽입부를 포함할 수 있다. 인코더(110)는 FEC 인코딩 된 데이터를 전송을 위한 패킷 구조, 예를 들어, 미리 설정된 크기대로 데이터를 분리하고, 각 패킷의 프리앰블(preamble)을 삽입하여 패킷을 생성할 수 있다. 이 경우, 인코더(110)는 패킷의 순서에 따라 시퀀스 넘버(Sequence Number)를 삽입할 수 있다. 이는 제 1 인코더(111) 및 제 2 인코더(112) 각각에서 동일하게 구현될 수 있다.

일 실시 예에서, 신호 전송 장치(100)는 패킷에 시퀀스 넘버(Sequence Number)를 포함할 수 있으며, 시퀀스 넘버는 연속한 데이터 패킷에 대해 연속한 번호로 할당될 수 있고, 시퀀스 넘버는 일정한 번호(비트들일 수 있다)를 순서대로 반복하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 시퀀스 넘버는 첫 패킷은 00, 두 번째 패킷은 01, 세번째 패킷은 다시 00일 수 있다.

이때 신호 수신 장치(200)는 시퀀스 넘버를 통해 패킷의 중복 여부를 판단할 수 있다. 신호 수신 장치(200)는 제 1 데이터에 대한 신호의 프리앰블 및 시퀀스 넘버에 기반하여 제 2 데이터에 대한 신호의 패킷 누락 또는 중복을 판단할 수 있으므로, 프리앰블 및 시퀀스 넘버가 중복으로 제 1 신호 및 제 2 신호에 포함되는 것을 방지하여 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 제 1 데이터 및/또는 제 2 데이터를 변환한 패킷들의 구조를 설명하면, 제 1 데이터 및/또는 제 2 데이터를 변환한 패킷들은 복수의 데이터 패킷들(i-1, i, i+1)을 포함할 수 있다. 복수의 데이터 패킷들(i-1, i, i+1)은 각각 복수의 데이터 서브 패킷들(i1, i2, i3)을 포함하고, 각 데이터 서브 패킷은 할당된 제 1 데이터 및/또는 제 2 데이터의 부분에 대응하는 정보 비트들로 구성된 페이로드(payload)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 수신 측 카메라의 가변적인 프레임 레이트로 인한 패킷 누락을 방지하기 위해, 하나의 데이터 패킷에 포함된 데이터 서브 패킷들은 동일한 정보 비트들로 구성된 동일한 페이로드를 포함할 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형을 개략적으로 나타낸 예시도이다.

도 4에 도시된 바를 참조하여 본 실시 예의 하이브리드 파형에 대해 설명할 수 있다. BPPM 변조부(120)는 인코딩된 제 1 타입의 정보에 대한 제 1 데이터 및 제 2 타입의 정보에 대한 제 2 데이터를 각각 제 1 주파수와 제 2 주파수를 가지는 펄스파 신호로 변조할 수 있다. 즉, 본 실시 예는, 제 1 데이터에 대한 펄스파 신호와 제 2 데이터에 대한 펄스파 신호가 포함되는 하이브리드 신호를 생성하는 것으로, BPPM 변조부(120)가 제 1 데이터에 대한 펄스파 신호와 제 2 데이터에 대한 펄스파 신호를 합성하여 최종 전송 신호를 생성한다고 할 수 있다.

예를 들어, 본 실시 예에서, BPPM 변조부(120)는 제 2 데이터를 PPM 방식으로 구현된 펄스파 신호로 변조하고, 상기 펄스파 신호의 진폭을 2 레벨로 변경하는 방식으로 제 1 데이터에 대해 변조할 수 있다. 즉, 제 2 데이터에 대한 펄스파 신호의 진폭이 낮은 진폭과, 낮은 진폭보다 높은 진폭으로 가변되므로, 진폭에 의해 예컨대, C-OOK 방식이 구현된다고 볼 수 있다. 따라서, 제 1 데이터를 C-OOK 방식으로 구현된 제 1 펄스파 신호로 변조하고, 제 2 데이터를 PPM 방식으로 구현된 제 2 펄스파 신호로 변조할 수 있으며, 이러한 제 1 펄스파 신호와 제 2 펄스파 신호를 합성하여 최종 전송 신호로서, 하이브리드 파형 신호를 생성할 수 있다. 이때 제 1 펄스파 신호와 제 2 펄스파 신호는 시간 동기화될 수 있다.

여기서 본 실시 예에서는 기재하고 있지 않으나 제 1 펄스파 신호와 제 2 펄스파 신호를 합성하기 위한 합성기 및 클럭(clock) 신호를 발생시키는 클럭 제너레이터 등이 별도로 구비될 수도 있다.

다시 말해, 본 실시 예에서, BPPM 변조부(120)는 PPM 방식으로 구현된 제 2 펄스파 신호의 진폭을 가변하는 방식으로 C-OOK 방식으로 구현된 제 1 펄스파 신호를 합성(또는 C-OOK 펄스파 신호의 높은 진폭과 낮은 진폭의 위상에 PPM 펄스파 신호가 합성된 것일 수 있다.)하는 하이브리드 파형을 생성할 수 있다.

이와 같이 생성된 하이브리드 파형은 신호를 전송할 때 차량 전방 및 후방에 설치된 4 개의 라이트(예: LED) 각각에 신호를 전송하는 것이 아니라 4 개의 라이트 중 2 개의 라이트에만 전송할 수 있도록 하여 적은 라이트를 이용하여 신호를 송신할 수 있도록 할 수 있다.

보다 구체적으로, BPPM 변조부(120)는 획득한 제 2 정보를 PPM에 기반하여 펄스파로 변조할 수 있고, 펄스파는 하이 듀티 및 로우 듀티로 구성될 수 있으며, 하이 듀티와 로우 듀티는 비트 주기의 반대쪽 끝에서 동일한 진폭의 펄스로 표시될 수 있다. 또한 BPPM 변조부(120)는 획득한 제 1 데이터를 C-OOK에 기반하여 펄스파로 변조할 수 있고, 펄스파는 하이 듀티 및 로우 듀티로 구성되고 하이 듀티 및 로우 듀티 모드 모두 양의 진폭 값을 가질 수 있다.

즉 본 실시 예에서, 고속 데이터 스트림은 PPM 방식으로 변조될 수 있으며, 1 비트와 0 비트는 비트 주기의 반대쪽 끝에서 동일한 진폭의 펄스로 표시될 수 있다. 그리고 저속 데이터 스트림은 두 가지 다른 강도(intensity) 레벨을 사용하여 고속 스트림의 펄스 진폭을 변조하여 전송될 수 있다. 이때 레벨 1의 경우 펄스의 진폭이 최고 레벨일 때의 값으로 지정될 수 있고, 레벨 0의 경우 펄스의 진폭이 최고 레벨보다 낮은 다른 레벨일 때의 값으로 지정될 수 있다.

그리고, 예컨대, 육안으로 관찰되는 깜박임 효과를 교정하기 위해 변조 주파수가 100Hz 이상으로 선택될 수 있다. 인간의 눈은 LED가 전송하는 평균 강도 수준을 인식하기 때문에 편안한 주행을 위해 평균 강도 수준을 일정하게 유지해야 한다.

본 실시 예에서는, PPM 파형의 펄스 진폭은 저속 파형을 생성하기 위해 미리 정의된 두 레벨에 기반하여 가변되며, 즉 펄스 폭 대신 펄스 진폭이 변경될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는, 두 가지 다른 임계값(미리 정의된 두 레벨)을 사용하며, 이러한 레벨은 고속 프레임 카메라로 디코딩 할 수 있다.

본 실시 예에서, 고속 스트림의 고정된 비트 수의 진폭 레벨은 저속 스트림의 저속 및 고속 상태에 따라 할당될 수 있다. 따라서 본 실시 예에서는, 저속 스트림에 따라 고속 스트림의 전압 레벨을 조절하여 생성된 진폭 엔벨로프(envelope)를 분석하여 저속 스트림이 신호 수신 장치(200)에서 디코딩 될 수 있다. 따라서, 저속 스트림을 디코딩 하기 위한 저속 프레임 카메라의 필요성이 제거 될 수 있다.

그리고 광원 구동 회로는 상기 코딩된 데이터에 따라 광원을 구동시킬 수 있다. 예컨대, 데이터의 비트 1과 0에 따라 광원을 온 및 오프 시킬 수 있다. 이러한 광원 구동 회로는 기설정된 펄스주파수에 따라 광원을 온/오프시키도록 할 수 있다. 이와 같이 광원 구동 회로에서 광원의 온/오프 제어를 통해 전송하고자 하는 데이터를 출력하도록 할 수 있다.

즉 광원은 광학 카메라 통신(OCC) 시스템에서 송신기(transmitter)의 역할을 한다. 광원은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)일 수 있으며, 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 이러한 광원은 상술한 바와 같이 코딩된 데이터에 따라 광원 구동 회로에 의해 기설정된 펄스주파수로 온(on) 또는 오프(off)될 수 있다. 본 실시 예에 따라 광원이 다수 개로 구비되는 경우 1×N으로 배열될 수 있고, M×1으로 배열될 수도 있으며, M×N으로 배열될 수도 있다. 물론, 원형, 방사형, 타원형 등 다양한 형태로 배열될 수 있다. 광원이 온/오프 되는 펄스주파수가 초당 110회 이상이면 사람의 눈으로 그 온/오프를 구분하지 못하고 계속 온 상태인 것으로 인식한다. 이러한 펄스주파수는 물론 조정이 가능하다.

광원부(130)는 BPPM 변조부(120)에서 변조된 신호를 타차량(20)의 후방의 2개의 후미등으로 송신하는 구성으로, 광원부(130)는 LED를 포함하거나 LED, 즉 광원을 지칭하는 것일 수 있다. 후미등은 LED로 구현된 하나의 광원일 수도 있고 복수의 광원들을 포함할 수도 있다.

구체적으로 광원부(130)는 최종 전송 신호를 전송하는 제 1 광원과 제 2 광원을 포함할 수 있으며, 제 1 광원과 제 2 광원에서 차량 정보 신호를 다른 차량으로(다른 차량에 구비된 카메라에서 수신할 수 있도록) 전송할 수 있다. 이때 광원부(130)에서 송신되는 하이브리드 파형에 포함되는 진폭 변화 기반 제 1 펄스파 신호의 제 1 데이터는 상술한 바와 같이, 용량이 작은 데이터가 될 수 있다. 이때, BPPM 변조부(120)가 제 1 데이터를 변조할 때, RoI 감지 알고리즘을 기반으로 저속 데이터를 펄스파 신호로 변조할 수 있다.

또한, 광원부(130)에서 송신되는 하이브리드 파형에 포함되는 펄스 위치 기반 제 2 펄스파 신호의 제 2 데이터는 상술한 바와 같이, 데이터 용량이 큰 정보가 될 수 있다. 이때, BPPM 변조부(120)가 제 2 타입의 정보를 변조할 때 롤링 셔터를 기반으로 고속 데이터를 PPM 신호로 변조하도록 구성될 수 있다.

즉 본 실시 예에서, 신호 송신 장치(100)는 서로 다른 두 개의 데이터를 각각 PPM 방식 및 C-OOK 방식에 기반하여 변조하고 이를 하나의 파형으로 합성하여 최종 전송 신호를 생성한 후, 생성된 최종 전송 신호를 LED 광원을 포함하는 동일한 통신 채널인 광원부(130)로 전송하도록 구성될 수 있다.

본 개시의 실시 예에 있어서, 최종 전송 신호의 하이브리드 파형은 광학 카메라 통신(OCC) 기술에 기반하여 PPM 방식으로 생성된 펄스파 신호와 C-OOK 방식으로 생성된 펄스파 신호를 합성한 신호이다. 즉, 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 파형은 로우(low) 신호와 하이(high) 신호의 진폭이 동일하고 펄스의 위치(또는 위상)가 다르게 구성된 PPM 방식의 펄스파 신호와, 높은 진폭 값을 갖는 하이 및 낮은 진폭 값을 갖는 로우로 구성된 C-OOK 방식의 펄스파가 합성된 신호이다.

한편, 종래의 OOK 방식에 기반한 펄스파 신호는 로우 신호의 진폭(amplitude)이 0인데 반하여, 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 파형은 높은 진폭 값을 갖는 하이 및 낮은 진폭 값을 갖는 로우로 구성된 펄스파와 PPM 방식 기반 펄스파가 합성된 신호이다.

따라서, 본 개시의 실시 예에 따른 신호 송신 장치(100)는 펄스파의 하이 듀티(본 명세서에서는 펄스파의 어느 한 하이 또는 로우 부분을 듀티(duty)로 명명한다.) 및 로우 듀티에 다른 펄스파 신호를 합성할 수 있고, 전체 데이터 전송 속도를 향상시킬 수 있다.

일 실시 예에서, 서로 다른 두 개의 데이터가 아날로그 데이터인 경우 신호 송신 장치(100)는 이를 디지털 변조한 후, 각각 제 1 인코더(111) 및 제 2 인코더(112)에 입력할 수 있다.

제 1 데이터 및 제 2 데이터는 전송하고자 하는 데이터에 해당하는 페이로드(payload), 헤더에 해당하는 프리앰블(preamble)을 포함한 패킷을 인코딩 및/또는 변조한 것일 수 있다.

한편, 신호 수신 장치(200)는 신호 송신 장치(100)가 전송한 최종 전송 신호를 롤링 셔터(rolling-shutter) 카메라(210)로 수신하고, 카메라의 이미지 센서의 각 열 또는 행에서 생성한 신호들을 롤링 셔터에 기반하여 BPPM 복조부(230)에서 복조(demodulation)한 후 각각 디코딩부(240)에서 디코딩함으로써 원래의 서로 다른 데이터들을 추출할 수 있다. 즉, 신호 송신 장치(100)에서 발생한 정보를 수신받는 신호 수신 장치(200)는 카메라(210), 광원감지부(220), BPPM 복조부(230) 및 디코딩부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 이러한 신호 수신 장치(200)는 카메라(이미지 센서, 210)에서 획득한 영상에 기반한 신호로부터 제 1 신호를 복조하고, 영상에 기반한 신호로부터 PPM 복조 방식에 따른 제 2 신호를 복조하는 BPPM 복조부(232)를 포함할 수 있으며, 제 1 신호에 대한 제 1 데이터를 디코딩하는 제 1 디코더(241) 및 제 2 신호에 대한 제 2 데이터를 디코딩하는 제 2 디코더(242)를 포함할 수 있다.

또한 신호 수신 장치(200)는 카메라(210)에서 획득한 영상을 1차원 신호로 다운 샘플링하는 다운 샘플러(미도시)를 구비할 수 있다. 다운 샘플러(미도시)는 이미지 센서에서 롤링 셔터(rolling shutter) 방식으로 획득한 영상으로부터, 영상의 라인 별 픽셀 인텐시티(pixel intensity) 값을 진폭으로 하는 1차원 신호를 생성할 수 있다.

본 실시 예에서, 카메라(210)는 롤링 셔터 카메라 또는 글로벌 셔터 방식으로 구현될 수 있으며, 제 1 광원과 제 2 광원을 포함하는 광원부(130)를 미리 설정된 고속 프레임 레이트(frame rate)로 촬영할 수 있다. 그리고 카메라(210)는 예를 들어, 미리 설정된 PPM 변조 주파수보다 높은 주파수인 프레임 레이트로 이미지 프레임들을 생성할 수 있다. 즉 카메라(210) 고속 프레임 카메라로, 실시 예에 따라 프레임 레이트가 조절 가능할 수 있다.

구체적으로 카메라(210)는 다른 차량의 라이트들로부터 발생한 광신호을 수신할 수 있는 것으로, 본 실시 예에서는, 고속 프레임의 단일 카메라일 수 있으며, 차량에 장착될 수 있다. 카메라(210)는 다른 차량의 라이트들의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 이미지를 수신할 수 있다. 이때, 라이트들의 점멸 상태는 반드시 On/Off 만을 나타내는 것은 아니며, 라이트들의 밝기나 색상 등을 조절하는 것을 모두 포함할 수 있다.

도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 장치에서 촬영한 광원에 대한 스트라이프 패턴(Stripe pattern)을 나타낸 예시도이다.

도 5를 참조하면, 카메라(210)는 다수의 열(row)로 조합된 롤링 셔터 방식의 이미지 센서를 포함하며, 기설정된 프레임 속도(frame rate)에 따라 열(row)마다 연속적으로 광원의 점멸상태를 캡쳐 할 수 있다. 이를 위해 내부에 롤링 셔터 방식의 이미지센서가 구비될 수 있다. 이미지센서의 각 열(row)을 순차적으로 기설정된 노출시간(integration time) 동안 일정한 시간간격으로 노출시킨다.

첫 번째 열의 마지막 노출시간과 마지막 열의 마지막 노출시간을 프레임 시간(frame time)이고 노출시간과 프레임시간의 합이 캡쳐타임(capture time)이 된다. 이러한 캡쳐타임 동안에 캡쳐된 이미지는 광원이 온(on)될 때 화이트 밴드(white band)로 나타나고 오프(off)될 때 블랙 밴드(black band)로 나타난다. 광원의 온/오프 상태의 변화는 캡쳐시간 동안 순차적으로 기록될 수 있다. 이때, 화이트 밴드와 블랙 밴드는 예컨대 각각 데이터로서 1과 0을 나타내도록 설정될 수 있다. 이와 같이 카메라에서는 하나의 프레임 내에서 다중 데이터 수신이 가능하게 된다. 이미지센서로는 예컨대 CMOS 센서를 사용할 수 있다.

이때, 카메라(210)는 광원이 온 또는 오프되는 중에 임의의 시점에 촬영을 시작할 수 있다. 이 경우에는 캡쳐된 이미지로부터 시작프레임과 데이터 프레임을 구분할 필요가 있다. 뿐만 아니라 본 실시 예에서는 카메라의 광원의 온/오프 이미지를 촬영하는 프레임 속도가 기설정되어 있지만, 실제 프레임 속도가 변하는 경우에도 정확한 데이터 수신이 가능할 수 있다.

그리고 카메라(210) 또는 별도 구비되는 픽셀 스캐너는 카메라(210)에서 다수의 열(row)마다 촬영된 광원의 온/오프 이미지의 밝기 값에 따른 밝기신호를 생성할 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 광원이 데이터에 따라 온(on) 또는 오프(off)되는 과정에서 화이크 밴드와 블랙 밴드로 나타나는데, 이러한 각 밴드의 밝기 값은 다르게 나타날 수 있다. 이를테면, 광원의 온/오프에 따라 나타나는 색상은 일례로 0~255의 밝기 값으로 표시될 수 있고, 이 경우 화이트 밴드는 255의 밝기 값, 블랙 밴드는 0의 밝기 값을 나타낼 수 있다. 물론 이러한 밝기 값의 범위는 변경이 가능하다.

본 실시 예에서, 신호 수신 장치(200)는 카메라(210)의 이미지 센서에서 획득한 영상으로부터 제 1 광원 및 제 2 광원이 촬영된 영역을 검출하는 광원감지부(220)를 포함할 수 있다.

광원감지부(220)는 광원의 영역을 검출할 수 있는 것으로, 카메라(210)의 이미지 센서에서 획득한 이미지 프레임으로부터 CNN(Convolution Neural Network)에 기반한 머신 러닝 학습 모델을 이용하여 제1 광원 및 제2 광원이 포함된 광원부(130)가 촬영된 영역을 검출할 수 있다.

여기서, CNN(Convolution Neural Network)에 기반한 머신 러닝 학습 모델은 입력된 영상으로부터 제 1 광원 및 제 2 광원이 촬영된 영역을 인식하도록 훈련된 컨볼루션 뉴럴 네트워크 기반의 학습 모델일 수 있다. 머신 러닝 기반의 학습 모델은 CNN 또는 R-CNN(Region based CNN), C-RNN(Convolutional Recursive Neural Network), Fast R-CNN, Faster R-CNN, R-FCN(Region based Fully Convolutional Network), YOLO(You Only Look Once) 또는 SSD(Single Shot Multibox Detector)구조의 신경망을 포함할 수 있다. 학습 모델은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있으며, 학습 모델의 일부 또는 전부가 소프트웨어로 구현되는 경우 학습 모델을 구성하는 하나 이상의 명령어는 메모리에 저장될 수 있다.

BPPM 복조부(230)는 카메라(210)를 통해 제 1 데이터에 대한 제 1 신호 및 제 2 데이터에 대한 제 2 신호, 즉 하이브리드 신호를 수신할 수 있으며, 하이브리드 신호를 복조하여, 하이브리드 신호의 제 1 신호를 기초로 제 1 타입의 정보에 대한 제 1 데이터를 출력하도록 구성될 수 있다. 또한 BPPM 복조부(230)는 하이브리드 신호를 복조하여, 하이브리드 신호의 제 2 신호를 기초로 제 2 타입의 정보에 대한 제 2 데이터를 출력하도록 구성될 수 있다. 이때, 제 1 신호 및 제 2 신호는 타 차량(20)의 광원부(130)의 LED에서 발생한 것으로, 디밍 레벨을 달성하기 위해 높은 진폭과 낮은 진폭으로 구성될 수 있다. 그리고, 제 1 타입의 정보에 대한 제 1 데이터는 제 1 주파수를 가지는 펄스파 신호이며, 제 2 타입의 정보에 대한 제 2 데이터는, 제 2 주파수를 가지는 펄스파 신호일 수 있다.

그리고 BPPM 복조부(220)는 신호 송신 장치(100)에서 생성된 광원의 온/오프 이미지의 밝기신호로부터 비트 시퀀스를 검출할 수 있으며, 상기 생성된 밝기 시퀀스 및 추가 생성된 반전 시퀀스를 콘볼루션 연산하여 비트 시퀀스를 검출할 수 있다.

디코딩부(240)는 제 1 신호에 대한 디코딩을 수행하는 제 1 디코더(241) 및 제 2 신호에 대한 디코딩을 수행하는 제 2 디코더(242)를 포함하여, 상기 검출된 비트 시퀀스로부터 데이터를 각각 추출할 수 있다. 이는 신호 송신 장치(100)에서 전송할 데이터에 따라 광원의 온/오프 이미지에 코딩된 데이터를 복원하는 것이다.

예를 들어, 신호 송신 장치(100)에서 전송하고자 하는 데이터 1은 광원의 온(on)에 대응시키고 데이터 0은 광원의 오프(off)에 대응시킨 경우, 디코딩부(240)에서는 광원의 온 이미지에서는 1을 추출하고, 오프 이미지에서는 0을 추출할 수 있다. 이때, 본 실시 예에서는 광원의 온/오프 이미지의 밝기신호에서 밝기 값을 이용하여 출력 데이터 시퀀스(Output data sequence)를 추출할 수 있다. 구체적으로 밝기신호의 기울기, 즉 밝기신호의 상승 및 하강을 조합하여 추출하도록 할 수 있다.

도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 신호 수신 장치(200)는 상술한 단일 카메라(210)뿐만 아니라, 프로세서(250) 및 메모리(260)를 포함할 수 있다.

단일 카메라(210)는 차량에 구비되는 카메라 및/또는 이미지 센서를 의미할 수 있다. 이미지 센서는 카메라 내에 구비되거나 별도로 구성될 수도 있다. 이때 차량에는 복수의 카메라가 구비될 수 있으나, 전방차량의 후미등으로부터 광학 카메라 통신(OCC) 기반 데이터를 수신하는 것은 단일 카메라로 수행되므로, 본 실시 예에서는 단일 카메라로 기재하도록 한다. 또한 차량에 복수의 카메라가 구비되는 경우, 단일 카메라는 한 카메라로 고정되지 않고 설정에 따라 변경될 수 있다.

또한 단일 카메라(210)의 설치 위치는 한정되지 않고 차량의 전방 측을 촬영하기 용이한 위치에 설치될 수 있으며, 실시 예에 따라서는 사용자 단말(200)의 카메라가 단일 카메라로서 구현될 수도 있다.

본 실시 예의 단일 카메라(210)는 정보수신부(211) 및 이미지획득부(212)를 포함할 수 있으며, 정보수신부(211)는 전방차량의 후미등으로부터 광학 카메라 통신(OCC) 기반 데이터를 수신할 수 있고, 이미지획득부(212)는 차량의 전방 측을 포함하는 단일 카메라(210)의 FOV(Field Of View) 내의 이미지를 획득할 수 있다. FOV는 단일 카메라(210)가 이미지를 획득할 수 있는 범위이며, 신호를 인식할 수 있는 범위일 수 있다. 또한 본 실시 예에서, 정보수신부(211)는 롤링 셔터 방식으로 전방차량의 복수의 후미등으로부터 데이터를 수신할 수 있다.

메모리(260)는 신호 수신 장치(100)의 동작에 필요한 각종 정보들과 제어 소프트웨어를 저장할 수 있는 것으로, 휘발성 또는 비휘발성 기록 매체를 포함할 수 있다.

메모리(260)는 하나 이상의 프로세서(250)와 연결되는 것으로, 프로세서(250)에 의해 실행될 때, 프로세서(250)로 하여금 신호 수신 장치(200)를 제어하도록 야기하는(cause) 코드들을 저장할 수 있다.

여기서, 메모리(260)는 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 메모리(260)는 내장 메모리 및/또는 외장 메모리를 포함할 수 있으며, DRAM, SRAM, 또는 SDRAM 등과 같은 휘발성 메모리, OTPROM(one time programmable ROM), PROM, EPROM, EEPROM, mask ROM, flash ROM, NAND 플래시 메모리, 또는 NOR 플래시 메모리 등과 같은 비휘발성 메모리, SSD. CF(compact flash) 카드, SD 카드, Micro-SD 카드, Mini-SD 카드, Xd 카드, 또는 메모리 스틱(memory stick) 등과 같은 플래시 드라이브, 또는 HDD와 같은 저장 장치를 포함할 수 있다.

프로세서(250)는 메모리(260)를 포함하는 신호 수신 장치(200)의 구성과 연결되며, 메모리(260)에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하여 신호 수신 장치(200)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.

프로세서(250)는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(250)는 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 임베디드 프로세서, 마이크로 프로세서, 하드웨어 컨트롤 로직, 하드웨어 유한 상태 기계(Hardware Finite State Machine, FSM), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.

프로세서(250)는 일종의 중앙처리장치로서 메모리(260)에 탑재된 제어 소프트웨어를 구동하여 신호 수신 장치(200) 전체의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(250)는 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 여기서, '프로세서(processor)'는, 예를 들어 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령어로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 도 6에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, S100단계에서, 신호 수신 장치(200)는 파일럿 신호를 수신한다.

여기서, 파일럿 신호는 적어도 하나의 하이 레벨 온(high-level on) 신호와 적어도 하나의 로우 레벨 온(low-level on) 신호를 포함할 수 있다.

한편, 본 실시 예의 신호 수신 장치(200)는 차량에 구비되어, 단일 카메라(210)의 FOV(Field of View) 내의 위치하는 타차량의 적어도 하나 이상의 광원으로부터 하이브리드 신호를 수신할 수 있다. 하이브리드 신호는 제 1 신호 및 제 2 신호가 포함(또는 합성)된 신호이다. 이때, 제 1 신호는, 제 1 사이즈 미만의 크기를 가지는 정보를 포함하는 제 1 데이터에 대한 신호이며, 타차량의 식별번호 또는 상기 타차량의 위치 정보 중 어느 하나이다. 그리고 제 2 신호는, 제 1 사이즈보다 큰 제 2 사이즈의 크기를 가지는 정보를 포함하는 제 2 데이터에 대한 신호이며, 타차량의 운행과 관련된 정보 및 타차량의 안전과 관련된 정보 중 어느 하나이다.

이때, 신호 수신 장치(200)는 단일 카메라(210)가 광원부(130)를 촬영하여 생성된 이미지 프레임에서 신호 패턴을 검출하고, 신호 패턴과 기 설정된 파일럿 신호 패턴을 비교하여 매칭되는 경우 파일럿 신호로 판단할 수 있다.

여기서 단일 카메라(210)는, 롤링 셔터 방식의 고속 프레임 카메라이며, 제 1 신호의 달성 가능한 최대 데이터 속도는 단일 카메라(210)의 프레임 속도의 절반으로 설정될 수 있다.

S200단계에서, 신호 수신 장치(200)는 파일럿 신호에 기초하여 광원의 밝기(intensity)를 판단한다.

이때 신호 수신 장치(200)는 단일 카메라(210)의 이미지 센서의 각 로우(row) 또는 칼럼(column)을 순차적으로 노출시킴으로써, 단일 카메라(210)의 이미지 센서의 한 로우 또는 칼럼에서 광원의 점멸에 따라 광원의 밝기에 대응하는 신호 값을 획득하고, 신호 값에 대응하는 진폭에 기반하여 펄스 신호를 생성할 수 있다.

S300단계에서, 신호 수신 장치(200)는 광원의 밝기에 기초하여 광원으로부터 수신되는 하이브리드 신호의 하이(high) 레벨 및 로우(low) 레벨을 구분할 수 있는 제 1 임계값 및 제 1 임계값보다 낮은 제 2 임계값을 결정한다.

파일럿 신호가 적어도 하나의 하이 레벨 온 신호와 적어도 하나의 로우 레벨 온 신호를 포함하므로, 신호 수신 장치(200)는, 파일럿 신호의 하이 레벨 온 신호의 전압 레벨 미만이고, 로우 레벨 온 신호의 전압 레벨을 초과하도록 제 1 임계값을 결정할 수 있다. 그리고 신호 수신 장치(200)는 파일럿 신호의 로우 레벨 온 신호의 전압 레벨 미만이고 오프 신호의 전압 레벨을 초과하도록 제 2 임계값을 결정할 수 있다.

이때 신호 송신 장치(100)에서 파일럿 신호의 적어도 하나의 하이 레벨 온 신호와 적어도 하나의 로우 레벨 온 신호를 각각 일정하게 송신한다고 하더라도, 신호 수신 장치(200)에서 수신할 때 일정하게 수신되지 않은 경우가 발생할 수도 있으므로, 실시 예에 따라서, 신호 수신 장치(200)는, 파일럿 신호의 하이 레벨 온 신호의 평균 전압 레벨 미만이고 로우 레벨 온 신호의 평균 전압 레벨을 초과하는 값을 제 1 임계값으로 결정할 수 있고, 파일럿 신호의 로우 레벨 온 신호의 평균 전압 레벨 미만이고 오프 신호의 전압 레벨을 초과하는 값을 제 2 임계값으로 결정할 수 있다.

S400단계에서, 신호 수신 장치(200)는 제 1 임계값 및 제 2 임계값에 기초하여 BPPM(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM) 복조 방식에 따라 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조한다.

이때, 신호 수신 장치(200)는 제 1 신호에 따라 생성된(제 1 신호에 따라 제 2 신호의 진폭을 가변하여 생성된) 진폭 엔벨로프(envelope)를 검출하고, 진폭 엔벨로프가 제 1 임계값 이상인 구간을 제 1 신호의 하이(1) 비트로 복조하고, 진폭 엔벨로프가 제 1 임계값 미만이고 제 2 임계값 이상인 구간을 제 1 신호의 로우(0) 비트로 복조할 수 있다.

또한, 신호 수신 장치(200)는 제 1 신호의 주파수 및 제 2 신호의 주파수에 기초하여 미리 설정된 밴드 패스 필터와 하이브리드 신호를 컨벌루션 연산하여 필터링을 수행하고, 필터링된 신호와 미리 설정된 로우 패스 필터를 컨벌루션 연산하여 제 2 신호에 대한 진폭 엔벨로프를 검출할 수 있다.

그리고 신호 수신 장치(200)는 제 2 신호의 제 2 임계값 이상의 펄스 신호를 검출하고, 제 2 임계값 이상의 펄스 신호의 비트 주기 내의 위치에 기반하여 각각의 비트를 제 2 신호의 하이(1) 비트 또는 로우(0) 비트로 복조할 수 있다. 이때 제 2 신호의 하이 비트 및 로우 비트는, 온 상태의 펄스 신호가 비트 주기 내의 반대쪽 끝에 위치할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서 신호 수신 장치(200)는 단일 카메라(210)의 이미지 센서에서 획득한 이미지 프레임으로부터 CNN(Convolution Neural Network)에 기반한 머신 러닝 학습 모델을 이용하여 광원이 촬영된 영역을 검출할 수 있다. 이때 CNN에 기반한 머신 러닝 학습 모델은 입력된 영상으로부터 광원이 촬영된 영역을 인식하도록 훈련된 학습 모델일 수 있다.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.

한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.

본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다.

본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 차량 20 : 타차량
100 : 신호 송신 장치 110 : 인코딩부
111 : 제 1 인코더 112 : 제 2 인코더
120 : BPPM 변조부 130 : 광원부
200 : 신호 수신 장치 210 : 카메라
211 : 정보수신부 212 : 이미지획득부
220 : 광원감지부 230 : BPPM 복조부
240 : 디코딩부 241 : 제 1 디코더
242 : 제 2 디코더 250 : 프로세서
260 : 메모리

Claims

이중 레벨 펄스 위치 변조(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM) 기반 하이브리드 신호를 단일 카메라를 통해 수신하는 신호 수신 장치의 프로세서에 의해 수행되는 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 방법으로서,
파일럿 신호를 수신하는 단계;
상기 파일럿 신호에 기초하여 광원의 밝기(intensity)를 판단하는 단계;
상기 광원의 밝기에 기초하여 상기 광원으로부터 수신되는 하이브리드 신호의 하이(high) 레벨 및 로우(low) 레벨을 구분할 수 있는 제 1 임계값 및 상기 제 1 임계값보다 낮은 제 2 임계값을 결정하는 단계; 및
상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값에 기초하여 BPPM(Bi-level Pulse Position Modulation) 복조 방식에 따라 상기 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조하는 단계를 포함하는,
신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 파일럿 신호를 수신하는 단계는,
상기 단일 카메라가 상기 광원을 촬영하여 생성된 이미지 프레임에서 신호 패턴을 검출하는 단계; 및
상기 신호 패턴과 기 설정된 파일럿 신호 패턴을 비교하여 매칭되는 경우 파일럿 신호로 판단하는 단계를 포함하는,
신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 수신 장치는 차량에 구비되어, 상기 신호 수신 장치의 단일 카메라의 FOV(Field of View) 내의 위치하는 타차량의 적어도 하나 이상의 광원으로부터 상기 하이브리드 신호를 수신하도록 구성되며,
상기 제 1 신호는, 제 1 사이즈 미만의 크기를 가지는 정보를 포함하는 제 1 데이터에 대한 신호이며, 상기 타차량의 식별번호 또는 상기 타차량의 위치 정보 중 어느 하나이고,
상기 제 2 신호는, 상기 제 1 사이즈보다 큰 제 2 사이즈의 크기를 가지는 정보를 포함하는 제 2 데이터에 대한 신호이며, 상기 타차량의 운행과 관련된 정보 및 상기 타차량의 안전과 관련된 정보 중 어느 하나인,
신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 단일 카메라는, 롤링 셔터 방식의 고속 프레임 카메라이며,
상기 제 1 신호의 달성 가능한 최대 데이터 속도는 상기 단일 카메라의 프레임 속도의 절반으로 설정되는,
신호 수신 방법.
제 4 항에 있어서
상기 파일럿 신호에 기초하여 상기 광원의 밝기(intensity)를 판단하는 단계 이후,
상기 단일 카메라의 이미지 센서의 각 로우(row) 또는 칼럼(column)을 순차적으로 노출시킴으로써, 상기 단일 카메라의 이미지 센서의 한 로우 또는 칼럼에서 상기 광원의 점멸에 따라 상기 광원의 밝기에 대응하는 신호 값을 획득하는 단계; 및
상기 신호 값에 대응하는 진폭에 기반하여 펄스 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는,
신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 파일럿 신호는 적어도 하나의 하이 레벨 온(high-level on) 신호와 적어도 하나의 로우 레벨 온(low-level on) 신호를 포함하고,
상기 제 1 임계값 및 상기 제 1 임계값보다 낮은 제 2 임계값을 결정하는 단계는,
상기 파일럿 신호의 하이 레벨 온 신호의 전압 레벨 미만이고 상기 로우 레벨 온 신호의 전압 레벨을 초과하도록 상기 제 1 임계값을 결정하는 단계; 및
상기 파일럿 신호의 로우 레벨 온 신호의 전압 레벨 미만이고 오프 신호의 전압 레벨을 초과하도록 상기 제 2 임계값을 결정하는 단계를 포함하는,
신호 수신 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조하는 단계는,
상기 제 1 신호에 따라 생성된 진폭 엔벨로프(envelope)를 검출하는 단계; 및
상기 진폭 엔벨로프가 상기 제 1 임계값 이상인 구간을 상기 제 1 신호의 하이(1) 비트로 복조하고, 상기 진폭 엔벨로프가 상기 제 1 임계값 미만이고 상기 제 2 임계값 이상인 구간을 상기 제 1 신호의 로우(0) 비트로 복조하는 단계를 포함하는,
신호 수신 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 진폭 엔벨로프를 검출하는 단계는,
상기 제 1 신호의 주파수 및 상기 제 2 신호의 주파수에 기초하여 미리 설정된 밴드 패스 필터와 상기 하이브리드 신호를 컨벌루션 연산하여 필터링을 수행하는 단계; 및
상기 필터링된 신호와 미리 설정된 로우 패스 필터를 컨벌루션 연산하여 상기 제 1 신호에 대한 진폭 엔벨로프를 검출하는 단계를 포함하는,
신호 수신 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조하는 단계는,
상기 하이브리드 신호의 상기 제 2 임계값 이상의 펄스 신호를 검출하는 단계; 및
상기 제 2 임계값 이상의 펄스 신호의 비트 주기 내의 위치에 기반하여 각각의 비트를 상기 제 2 신호의 하이(1) 비트 또는 로우(0) 비트로 복조하는 단계를 포함하는,
신호 수신 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 단일 카메라의 이미지 센서에서 획득한 이미지 프레임으로부터 CNN(Convolution Neural Network)에 기반한 머신 러닝 학습 모델을 이용하여 광원이 촬영된 영역을 검출하는 단계를 더 포함하고,
상기 CNN에 기반한 머신 러닝 학습 모델은 입력된 영상으로부터 광원이 촬영된 영역을 인식하도록 훈련된 학습 모델인,
신호 수신 방법.
이중 레벨 펄스 위치 변조(Bi-level Pulse Position Modulation, BPPM) 기반 하이브리드 신호를 단일 카메라를 통해 수신하는 BPPM 기반 하이브리드 파형 신호 수신 장치로서,
광원으로부터의 광 신호를 수신하여 영상을 생성하는 단일 카메라;
적어도 하나의 프로세서; 및
상기 프로세서와 전기적으로 연결되고, 상기 프로세서에서 수행되는 적어도 하나의 코드(code)가 저장되는 메모리를 포함하고,
상기 메모리는 상기 프로세서를 통해 실행될 때 상기 프로세서가,
파일럿 신호를 수신하고, 상기 파일럿 신호에 기초하여 상기 광원의 밝기(intensity)를 판단하며, 상기 광원의 밝기에 기초하여 상기 광원으로부터 수신되는 하이브리드 신호의 하이(high) 레벨 및 로우(low) 레벨을 구분할 수 있는 제 1 임계값 및 상기 제 1 임계값보다 낮은 제 2 임계값을 결정하고, 상기 제 1 임계값 및 상기 제 2 임계값에 기초하여 BPPM(Bi-level Pulse Position Modulation) 복조 방식에 따라 상기 하이브리드 신호의 제 1 신호 및 제 2 신호를 각각 복조하도록 야기하는 코드를 저장하는,
신호 수신 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 단일 카메라로 하여금 상기 광원을 촬영하도록 제어하여 생성된 이미지 프레임에서 신호 패턴을 검출하고, 상기 신호 패턴과 기 설정된 파일럿 신호 패턴을 비교해 매칭되는 경우 파일럿 신호로 판단하여, 상기 파일럿 신호를 수신하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
신호 수신 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 신호 수신 장치는 차량에 구비되어, 상기 신호 수신 장치의 단일 카메라의 FOV(Field of View) 내의 위치하는 타차량의 적어도 하나 이상의 광원으로부터 상기 하이브리드 신호를 수신하도록 구성되며,
상기 제 1 신호는, 제 1 사이즈 미만의 크기를 가지는 정보를 포함하는 제 1 데이터에 대한 신호이며, 상기 타차량의 식별번호 또는 상기 타차량의 위치 정보 중 어느 하나이고,
상기 제 2 신호는, 상기 제 1 사이즈보다 큰 제 2 사이즈의 크기를 가지는 정보를 포함하는 제 2 데이터에 대한 신호이며, 상기 타차량의 운행과 관련된 정보 및 상기 타차량의 안전과 관련된 정보 중 어느 하나인,
신호 수신 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 단일 카메라는, 롤링 셔터 방식의 고속 프레임 카메라이며,
상기 제 1 신호의 달성 가능한 최대 데이터 속도는 상기 단일 카메라의 프레임 속도의 절반으로 설정되는,
신호 수신 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 파일럿 신호에 기초하여 상기 광원의 밝기(intensity)를 판단한 이후, 상기 단일 카메라의 이미지 센서의 각 로우(row) 또는 칼럼(column)을 순차적으로 노출시킴으로써, 상기 단일 카메라의 이미지 센서의 한 로우 또는 칼럼에서 상기 광원의 점멸에 따라 상기 광원의 밝기에 대응하는 신호 값을 획득하고, 상기 신호 값에 대응하는 진폭에 기반하여 펄스 신호를 생성하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
신호 수신 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 파일럿 신호는 적어도 하나의 하이 레벨 온(high-level on) 신호와 적어도 하나의 로우 레벨 온(low-level on) 신호를 포함하고,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 파일럿 신호의 하이 레벨 온 신호의 전압 레벨 미만이고 상기 로우 레벨 온 신호의 전압 레벨을 초과하는 값을 상기 제 1 임계값으로 결정하고, 상기 파일럿 신호의 로우 레벨 온 신호의 전압 레벨 미만이고 오프 신호의 전압 레벨을 초과하는 값을 상기 제 2 임계값으로 결정하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
신호 수신 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 제 1 신호에 따라 생성된 진폭 엔벨로프(envelope)를 검출하고, 상기 진폭 엔벨로프가 상기 제 1 임계값 이상인 구간을 상기 제 1 신호의 하이(1) 비트로 복조하고, 상기 진폭 엔벨로프가 상기 제 1 임계값 미만이고 상기 제 2 임계값 이상인 구간을 상기 제 1 신호의 로우(0) 비트로 복조하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
신호 수신 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 제 1 신호의 주파수 및 상기 제 2 신호의 주파수에 기초하여 미리 설정된 밴드 패스 필터와 상기 하이브리드 신호를 컨벌루션 연산하여 필터링을 수행하고, 상기 필터링된 신호와 미리 설정된 로우 패스 필터를 컨벌루션 연산하여 상기 제 1 신호에 대한 진폭 엔벨로프를 검출하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
신호 수신 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 하이브리드 신호의 상기 제 2 임계값 이상의 펄스 신호를 검출하고, 상기 제 2 임계값 이상의 펄스 신호의 비트 주기 내의 위치에 기반하여 각각의 비트를 상기 제 2 신호의 하이(1) 비트 또는 로우(0) 비트로 복조하도록 야기하는 코드를 더 저장하는,
신호 수신 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 메모리는 상기 프로세서로 하여금,
상기 단일 카메라의 이미지 센서에서 획득한 이미지 프레임으로부터 CNN(Convolution Neural Network)에 기반한 머신 러닝 학습 모델을 이용하여 광원이 촬영된 영역을 검출하도록 야기하는 코드를 더 저장하고,
상기 CNN에 기반한 머신 러닝 학습 모델은 입력된 영상으로부터 광원이 촬영된 영역을 인식하도록 훈련된 학습 모델인,
신호 수신 장치.