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除了照明,LED还能这样快速地传递信息……

2018-07-11 09:15 来源:CINNO 关注度:10389次 字体:   原创申明 投稿
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可见光通信( VLC),是利用荧光灯或发光二极管(LED)等发出的肉眼难分辨的高速明暗变化光信号传输信息。目前,LED可见光通信技术最新进展如何?

  可见光通信( VLC),是利用荧光灯或发光二极管(LED)等发出的肉眼难分辨的高速明暗变化光信号传输信息。目前,LED可见光通信技术最新进展如何?

  除了照明,LED担负了数据传递

  LED为人类创造出低耗电的照明选择之外,更进一步地被赋予了在照明的同时,也能担负着讯息或数据的传递。

  以目前来说,商品或展示物的讯息数据,大多都是透过QR Code或NFC标签等等的贴付,再透过智能型手机或产品,经过感应和拍摄来获得相关的讯息,但是,像一些美术品、建筑景观上,就非常难利用QR Code或NFC标签,因为不仅仅会影响美观,更有可能会对物品造成程度不一的损伤,事实上,无论QR Code或NFC标签在应用上,都还是存在一定程度的局限性。此外,如果同一时间下,相当多人围聚在QR Code或NFC标签前的话,在外围的人也不容易靠近QR Code或NFC标签。因此,具有长距离传播能力的LED组件,就开始被考虑如何应用在信息的传播上。

  在过去,LED被研发用来作为可视光无线通信时,大多都是利用单色(白光)LED的辉度(明暗差别),而目前最新研发的LED可视光通讯技术,和过去所不同的是,并非只有白光LED,而是更扩大的善用各种不同颜色(波长)的LED,并且在例如,招牌照明、展示橱柜等地间接光(反射)情况下,也能够正确且快速地传递大量讯息。

  基于LED的新一代信息传送技术

  日本富士通研究所藉由LED的特性,透过LED的照射以及搭配智能型组件,开发出了2维编码的新一代信息传送技术-「FlowSign Light」。

  如果没有特别说明的话,一般人均会认为图片只是一个相当普通的鲜果展示橱柜,但当拿着安装特殊APP的手机拍摄水果时,就会接受到从LED传送过来的讯息,详细的介绍着水果料理或其他相关的信息(图1)。

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图1 : 将手机朝向水果取景,预先储存在数据库中的讯息就源源不绝的透过LED传送到手机之中

  这个新开发的技术,在进行2维编码读取时,并不需要特别将手机的镜头对焦橱柜中的特定点,只需要将手机朝向水果取景,预先储存在数据库中的讯息就源源不绝的透过LED传送到手机之中,同时也不需要使用或额外加装特殊的设备机器,只需简单的下载专用APP就能够读取从云端传送过来的数据(图2~4)

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图2 : 乍看之下,这只是相当普通的鲜果展示橱柜

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图3 : 这时只要拿着安装有特定APP的手机,将手机镜头对准橱柜中的LED

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图4 : 手机的屏幕就立刻显示出蔬果的料理或其他相关的信息

  信息的传送过程隐藏在LED之中

  事实上,日本富士通研究所是利用LED的瞬间点灭与不同光色的搭配,将信息的传送过程隐藏在LED之中,再透过智能型组件接收后,进行译码再传送到云端。当然,讯息提供方需要预先将相关数据事先上传到云端服务器之中,并且进行数据的ID注册,当在手机朝向LED取景时,手机便会将从LED所接收到的ID传回云端,并且向云端请求传送预先已经在云端注册ID的预除数据,再透过网络下载到手机之中,并且显示在屏幕上,提供用户更丰富的信息(图5)。

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图5 : 利用LED的瞬间点灭与不同光色的搭配,将信息的传送过程隐藏在LED之中,再透过智能型组件接收后,进行译码再传送到云端。

  虽然可能认为读取LED照明的光线是蛮容易的一件事,但是如果要实现透过光线来获得数据,有几个技术性的问题需要厘清与克服。在这其中的一个问题是来自于反射光,由于手机或智能型组件所接收到的光线,并非完全是来自于从LED所直接发射的光线,有一大部分是来自于反射,因此经过反射的光线,在颜色上会有相当程度的变化,例如,LED的光线,照射到红色苹果之后,所反射的光线,大多的红光都能够被反射,但是例如短波长的蓝光和中波长的绿光,有一部分会被吸收,这时,蓝光和绿光的强度就会变弱,这时经过反射光线的光质,和原先从LED所发出的光结构就理所当然地出现变化。

  更进一步的,如果反射物的对象是像木炭之类的黑色物品,那么,会被反射出来的光量就会更加弱化,因为大部分都会被吸收而无法反射出来。因此如果要达到正确无误的让手机或智能型组件,正确无误的判读出反射光线,那么这方面的技术问题就非得克服不可。

  这时,就必须依赖APP软件对于所收到光线的误差判读与处理的能力了,当然,这必须经过相当长时间的实验和调整,将各种不同颜色、材质的物品,一个个的进行试验与APP的误差、精确度调整,让所接收到的反射光不会因为材质及颜色的影响而出现误判(图6)。

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图6 : APP软件必须经过相当长时间的实验和调整,使得接收到的反射光不会因为材质及颜色的影响而出现误判

  读取光线的APP

  日本富士通研究所所开发这个技术的特点是,只需要利用照明LED、可拍摄读取画面的相机,就能够随时随地广泛的应用,这也是最初开发时的立意。

  事实上,以LED来说有相当多的类型与技术,甚至会有相当严格的一些条件应用在不同的环境或产品上,例如,在居家照明方面,就会追求相当高标准的照度、色温或演色性,但对于「FlowSign Light」所需要的照明LED,就不需要特别考虑这些,只需要使用具有红蓝绿三色的LED照明灯具,就有可能可以应用这一个技术(图7)。

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图7 : 利用红蓝绿三色的强弱控制,就能够达到内藏讯息的能力

  此外,在APP的部分,为了要达到让一般性的智能型手机或产品接收到内建信息的光线,以及让使用者能够相当容易使用的目标。在读取光线的APP就必须对于相机的各种参数进行细微的控制,包括分辨率和色差等等,这样才能够让不同品牌的相机或手机成功的接收有内建信息的光线,而不至于产生不一致的结果。同时,也因为要达到广泛应用,并非只有仅仅对最新的手机机种进行调整APP,甚至于旧型的机种也必须一并考虑进去,此外,针对无法使用智能型手机或产品的对象,还必须开发专用的读取设备。

  FlowSign Light技术

  根据日本富士通研究所的构想,这个利用LED接收的并不是仅仅只有ID信息,透过这样的技术,例如拍摄到电视购物的产品时,当正在思考着「超想买这个产品」或「这个音乐超棒的」等等时,就会从智能型组件或者手机的画面中再传来产品的信息以及在线购物的画面。更进一步的,还可以在观看广告时,想更进一步产品讯息,就可以透过这个技术,继续在屏幕上连接到产品的网站,了解到该产品更多的数据或特价宣传信息。

  因此,「FlowSign Light」不仅仅应用在上述的环境,包括博物馆、美术馆等等,都可以利用这个技术让参观者或的更多的展示物品讯息。而在演场会的活动,也可以经由各个环境中的LED照明设备,让希望参加的对象能透过手机等智能型产品,来了解演场会的演唱曲目、购买入场门票….等。

  透过「FlowSign Light」的技术,经由光线传递各式各样的信息,目前已经正式的商用化了。在2017年年中,富士通和BEAMS合作,将「FlowSign Light」技术应用在BEAMS购物商场之中(图8)。商场中,富士通拍摄了ASCON的产品,并做成一幅幅的相框,当消费者进入BEAMS购物商场后,走到ASCON产品摊位时,就能够透过手机或智能型组件拍摄相框,来获得产品的各项讯息。

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图8 : 消费者进入BEAMS后,能够透过手机或智能型组件拍摄ASCON产品相框来获得产品的讯息

  而在博物馆、展示馆、美术馆等等的场所,在未来如果采用这个技术的话,或许在展览物的展示以及观赏的方式也将会随之改变。

  如果参观着手上持有智能型手机或产品的话,就能够利用这个技术,在有LED照明之下拍摄展览物后,透过网络连接到云端,随后就可下载预先传到云端的展览物的详细说明、甚至于影片等等(图9)。

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图9 : 在有LED照明之下拍摄展览物后,就可下载预先传到云端的展览物的详细说明。(上)在博物馆应用上,能够显示出展示物品的介绍说明(下)也能够应用在语音导览上

  光ID技术

  随着户外及店面期望提供给消费者的广告信息内容不断的增加,对于电子广告牌的市场来说,也逐渐地期待高效率性的广告信息的发布、管理等等的整体解决方案的出现。再加上智能型手机的普及,而信息传递业者依赖智能型手机来接触潜力客户,以及传布讯息的需求也随之扩大。因此,如何善用显示设备搭配智能型手机来达到传播更多元化、更丰富的信息给潜力客户,也就成了显示设备急欲发展的重点之一。

  日本Panasonic同样是善用LED的特殊能力,开发出了称之为「光ID」的LED通讯技术,Panasonic利用人眼无法察觉的高频率LED点灭方式,将预计传送给智能型手机的数据隐藏其中,只要透过智能型手机安装专用的APP软件,仅靠APP软件就够建立起「光ID」发送设备(电子广告牌用屏幕、LED字幕机、LED广告牌等)和手机之间沟通的桥梁,让手机顺利接收到来自「光ID」发送设备的讯号(图10)。

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图10 : 日本Panasonic 同样是善用LED的特殊能力,开发出称之为「光ID」的LED通讯技术

  “光ID”LED背光模块

  此外,PANASONIC更进一步的将此一技术应用在液晶电视的背光模块之中,开发出同样可以进行高频率点灭,并且传送特殊讯号的「光ID」LED背光模块。

  透过这一个技术,可以让更多各式各样的电子广告牌,除了屏幕上显示的讯息之外,一样具有连接智能型手机后,传达更多数据的能力,这同时也更扩大电子广告牌应用领域与环境,例如包括了,物流产业、交通领域、以及博物馆、展示场所等等。

  采用这款技术的显示屏幕,不仅仅要采用具有「光ID」能力的LED背光模块之外,还需要搭配传递信息的专用机顶盒(STB;Set Top Box),来让显示屏幕除了拨放出原有的影片的同时,还能透过具有「光ID」能力的LED背光模块传送特殊讯号,给装有专用APP软件的智能型手机。更可以透过切割LED背光区块,让LED背光模块同时传送多组不同的讯息给智能型手机等等的「光ID」接收设备。

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图11 : 光ID技术活用案例(1)

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图12 : 光ID技术活用案例(2)

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图13 : 光ID技术活用案例(3)

  此外,一些具有历史或参观价值的建筑,也可以利用户外的LED照明来内建ID,让参观者拍摄建筑物时,也能够同步的接收到建筑物的说明,以及历史背景的资料或影片等等。

  透过相当普及的LED照明灯具,就能非常轻易的充分利用「FlowSign Light」技术,而让应用的范围更加的广阔。如果能够更进一步的研究开发的话,相信透过「LED通讯」这样的技术,不仅仅在店面的商品、美术品、人物、建筑物等等都能直接透过网络进行商业或文化的活动交流,并且更能够活用云端的技术,让「内容」的传递更为便利化,相信这样的未来应该很快就能够到来。

  未来战场上,LED大有可为

  未来战场上,要满足与日俱增的军事领域无线通信需求可不容易:传输容量大、组网灵活、电磁兼容性好、保密要求高……使得传统的无线电波通信面临严峻挑战。而可见光通信所具有的特殊优势,使其不仅可与无线电波通信综合运用、相得益彰,更有望在通信以外领域大展身手。

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  01、“上天”“入地”“下海”的通信能手

  在飞机、地下坑道、水面舰艇、潜艇等特殊场所内部通信中,为防止射频信号干扰,往往对无线电设备使用提出严格限制。1982年英阿马岛战争中,英“谢菲尔德”号就是因为舰载无线通信系统与舰载预警雷达之间难以兼容共用,从而使舰载雷达不能及时开机并发现来袭的“飞鱼”导弹,直接导致了舰毁人亡的灾难性后果。而有了可见光通信之后,只需在上述特殊场所加装中央控制器和一系列LED光源,就能在达成通信的同时有效规避电磁干扰,从而为作战平台内部实现快速通信、对潜通信、水下特种作战通信等提供高效安全的通信手段。

  02、高精度导航定位的“专家”

  可见光通信中央控制器是通过将导航信息传送给LED信息节点,再以可见光为载体传到光照范围之内的武器平台终端,该终端使用内嵌的光敏探测器就可以获取最及时的动态战场环境、最优路线和坐标位置等导航定位信息。有关研究表明,综合采取战场LED信息节点网络科学布局、算法设计和信号处理优化等措施,就能使可见光导航定位精度达到厘米级。

  03、目标识别与战场防误伤的利器

  通过为己方各类武器平台加装LED灯光识别设备,平台与平台、平台与LED信息节点之间就能依托特定的信号编码开展实时通信与身份识别,武器平台通过对接收的LED灯光信号闪烁规律进行识读,就能有效判定此信号的敌我属性,从而及时作出有效应对措施,最大程度确保自身安全。

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