KR101524277B1 - Camera communication system, camera communication method and camera device therefor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 카메라 통신(Camera Communication) 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 카메라로 광원을 촬영하여 광원의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하도록 하는 카메라 통신 시스템 및 방법, 그리고 이에 적용되는 카메라장치에 관한 것이다.The present invention relates to a camera communication system and method, and more particularly, to a camera communication system and method for extracting data from an on / off image of a light source by photographing a light source with a camera, and a camera device applied thereto .
대표적인 조명통신융합기술인 가시광통신(VLC:Visible Light Communication)은 광원의 조명에 정보를 실어 무선통신하는 기술로서, 종래에서는 광원의 빛을 포토다이오드(PD:photo diode)로 수신하여 광원의 온/오프(on/off)에 따라 디지털 데이터 1 또는 0을 검출하여 이들의 조합으로 정보를 전달하는 기술이다.Visible Light Communication (VLC), which is a typical illumination / communication convergence technology, is a technology for carrying out wireless communication by transmitting information on illumination of a light source. Conventionally, a light source is received by a photodiode (PD) (
하지만, 이러한 가시광통신은 광을 수신하기 위한 포토다이오드가 반드시 필요하며 다수의 광원을 사용하는 경우 각 광원을 수신하기 위해서는 포토다이오드의 수가 많아지므로 비용이 증가하고 신호처리가 복잡해지는 문제점이 있다.However, in such a visible light communication, a photodiode for receiving light is indispensable, and when a plurality of light sources are used, the number of photodiodes increases in order to receive each light source, which increases cost and complicates signal processing.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 포토다이오드 대신에 카메라를 이용하여 다수의 LED를 촬영하고 그 카메라의 프레임별로 획득된 LED의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 LED 가시광통신 시스템을 제안한 바 있다. 예컨대, 현재 특허출원 제2013-0083137호가 출원 중에 있다.In order to solve such a problem, the present applicant has proposed an LED visible light communication system which photographs a plurality of LEDs by using a camera instead of a photodiode and extracts data corresponding to on / off of the LEDs acquired for each frame of the camera . For example, patent application no. 2013-0083137 is pending.
이와 같이 카메라를 이용한 가시광통신은 광수신기로서 포토다이오드가 아니라 카메라를 이용한다는 점에서 카메라 통신(Camera Communication: Camcom)시스템으로도 명명되고 있으며, 최근 이러한 카메라 통신 기술은 IEEE P802.15 Camcom 표준화를 구축하기 위한 방향으로 연구되고 있다.As such, visible light communication using a camera is also referred to as a camera communication (Camcom) system in that a camera is used instead of a photodiode as an optical receiver. Recently, such a camera communication technology has been established as IEEE P802.15 Camcom standardization And is being studied in the direction to do so.
도 1은 카메라 통신 시스템에서의 카메라에서의 데이터 처리과정을 설명하기 위한 예시도이다. 도 1의 일례에는 광원이 기설정된 펄스속도(pulse rate)(10)에 따라 온/오프되는 동안 카메라가 기설정된 프레임속도(frame rate)에 따라 각 프레임별로 이미지를 연속촬영할 때 제1프레임(11a)과 제3프레임(11c)은 광원이 온(on)된 상태를 촬영하고 제2프레임(11b)과 제4프레임(11d)에서는 광원이 오프(off)된 상태를 촬영한 예를 도시하고 있다. 카메라는 광원의 온(on)은 디지털 데이터 1로, 오프(off)는 디지털 데이터 0으로 처리하여 각 프레임(11a~11d)의 순서대로 1010의 데이터를 얻게 된다.1 is an exemplary diagram for explaining a process of data processing in a camera in a camera communication system. In the example of FIG. 1, when the camera consecutively captures an image for each frame according to a predetermined frame rate while the light source is turned on / off according to a
하지만, 어떤 원인에 의해 카메라의 프레임속도(frame rate)가 변하는 경우 프레임이 광원의 온/오프에 정확하게 맞추지 못하는 경우가 발생한다. 즉, 도 1의 예시와 같이 온/오프에 카메라 프레임이 대응할 수도 있지만, 도 2와 같이 프레임속도의 변화에 의해 온/오프의 전환시점에 프레임이 맞춰질 수도 있다. 예컨대, 도 2의 일례와 같이 광원이 온(on)에서 오프(off)로 전환되거나 오프(off)에서 온(on)으로 전환되는 전환시점에 촬영되는 프레임(21b)은 정확한 데이터의 추출이 어렵다는 문제점이 있다. 이는 도 1과 같이 광원의 펄스속도와 카메라의 프레임속도가 동일한 경우에도 프레임속도가 변경되면 도 2의 프레임(21b)이 발생하여 정확한 데이터를 추출하기 어렵다.However, when the frame rate of the camera changes due to a certain cause, the frame may not be precisely aligned on / off of the light source. That is, as shown in FIG. 1, the camera frame may correspond to on / off, but the frame may be adjusted at the time of on / off switching due to a change in the frame rate as shown in FIG. For example, as shown in the example of Fig. 2, the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 카메라의 프레임속도가 변하더라도 데이터의 손실없이 프레임별로 획득된 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출함으로써 카메라 통신을 수행할 수 있도록 하는 카메라 통신시스템 및 통신방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above problems of the related art, and it is an object of the present invention to provide a camera capable of performing camera communication by extracting data from on / off images acquired for each frame without loss of data, A communication system, and a communication method.
본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템은,A camera communication system according to an embodiment of the present invention includes:
기설정된 펄스속도(pps)로 온/오프(on/off)하되, (i/k)Tbit(여기서, i=0~(k-1), k≥1인 정수, Tbit:온 또는 오프의 1비트 지속시간(one bit duration)임)의 펄스지연을 갖는 k개의 기준광원; 상기 k개의 기준광원 중 제1기준광원과 동기된 펄스로 온/오프하되, 전송하고자 하는 데이터에 대응하도록 온/오프하는 다수의 데이터광원; 및 일정범위의 프레임속도(fps:frame per second)로 상기 기준광원 및 데이터광원의 온/오프 이미지를 연속프레임으로 촬영하고 상기 촬영된 프레임별 온/오프 이미지에 대응하는 데이터를 추출하는 카메라; 를 포함하고, 상기 카메라는, 제1프레임에 상기 제1기준광원의 온 또는 오프 이미지가 촬영되면 상기 제1프레임에 촬영된 다수의 데이터광원의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출한다.(I / k) T bit (where i = 0 to (k-1), k is an integer of 1, T bit is on or off K reference light sources having a pulse delay of one bit duration); A plurality of data light sources for turning on / off a pulse synchronized with a first reference light source among the k reference light sources and turning on / off corresponding to data to be transmitted; A camera for photographing the on / off image of the reference light source and the data light source in a continuous frame at a frame rate (fps) in a predetermined range and extracting data corresponding to the on / off image for each frame; The camera extracts data corresponding to on / off of a plurality of data light sources photographed in the first frame when an on or off image of the first reference light source is photographed in the first frame.
본 발명에서, 상기 카메라는 상기 제1프레임에 대응하는 데이터광원에 대한 데이터를 추출한 후, 상기 제1프레임으로부터 하기 수학식,In the present invention, the camera extracts data on a data light source corresponding to the first frame, and extracts, from the first frame,
본 발명에서, 상기 k는 데이터광원의 온/오프 시간으로부터 하기 수학식,In the present invention, k is calculated from the on / off time of the data light source by the following equation,
본 발명에서, 상기 카메라의 프레임속도는 상기 데이터광원의 펄스속도보다 크다.In the present invention, the frame rate of the camera is larger than the pulse rate of the data light source.
본 발명에서, 상기 기준광원 및 데이터광원의 펄스속도는 고정되고 상기 카메라의 프레임속도는 가변된다.In the present invention, the pulse rates of the reference light source and the data light source are fixed and the frame rate of the camera is variable.
본 발명에서, 상기 데이터광원의 온(on)은 데이터 1 또는 0 중 하나에 대응되고 오프(off)는 다른 나머지 하나에 대응된다.In the present invention, on of the data light source corresponds to one of
본 발명에서, 상기 카메라는 상기 제1프레임에 상기 제1기준광원의 온 또는 오프 이미지가 촬영되지 않으면 상기 제1기준광원의 온 또는 오프 이미지가 촬영되는 다음 프레임을 선택하고 상기 선택된 다음 프레임에 촬영된 다수의 데이터광원의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출한다.
In the present invention, if the on or off image of the first reference light source is not photographed in the first frame, the camera selects a next frame in which the on or off image of the first reference light source is photographed, And extracts data corresponding to on / off of a plurality of data light sources.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 카메라 통신 방법은,According to another aspect of the present invention,
각각 (i/k)Tbit(i=0~(k-1), k≥1인 정수, Tbit:온(on) 또는 오프(off)의 1비트 지속시간(one bit duration))의 펄스지연(pulse delay)을 갖는 k개의 기준광원을 기설정된 펄스속도(pps:pulse per second)로 온/오프(on/off)시키는 제1단계; 상기 k개의 기준광원 중 제1기준광원과 동일한 펄스로 다수의 데이터광원을 온/오프(on/off)시키되, 전송할 데이터에 대응하도록 상기 다수의 데이터광원을 온/오프시키는 제2단계; 카메라에서 일정범위의 프레임속도(fps:frame per second)에 따라 상기 k개의 기준광원 및 다수의 데이터광원의 온/오프 이미지를 연속 프레임으로 획득하는 제3단계; 상기 카메라에서 제1프레임에 촬영된 상기 제1기준광원의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하고 상기 제1프레임으로부터 하기 수학식,
본 발명에서, 상기 k는 데이터광원의 온/오프 시간으로부터 하기 수학식, In the present invention, k is calculated from the on / off time of the data light source by the following equation,
본 발명에서, 상기 카메라의 프레임속도는 상기 데이터광원의 펄스속도보다 크다.
In the present invention, the frame rate of the camera is larger than the pulse rate of the data light source.
또한, 본 발명에 따른 카메라 통신을 위한 카메라장치는,According to another aspect of the present invention, there is provided a camera device for camera communication,
각각 (i/k)Tbit(i=0~(k-1), k≥1인 정수, Tbit:온(on) 또는 오프(off)의 1비트 지속시간(one bit duration))의 펄스지연을 갖고 기설정된 펄스속도(pps:pulse per second)로 온/오프되는 k개의 기준광원 및 상기 k개의 기준광원 중 제1기준광원과 동일한 펄스로 전송할 데이터에 대응하도록 온/오프되는 다수의 데이터광원의 온/오프 이미지를 일정범위의 프레임속도(fps:frame per second)에 따라 연속프레임으로 획득하는 이미지센서; 상기 이미지센서에서 제1프레임에 촬영된 상기 제1기준광원의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하고 상기 제1프레임으로부터 하기 수학식,
본 발명에 의하면 카메라통신 시스템에서 카메라의 프레임속도가 변하는 경우에도 광원의 펄스와 카메라의 프레임 간의 동기화를 맞출 수 있어 정확한 데이터 추출이 가능하다.According to the present invention, even if the frame rate of the camera changes in the camera communication system, the synchronization between the pulse of the light source and the frame of the camera can be synchronized and accurate data extraction is possible.
도 1은 종래의 카메라 통신 시스템의 데이터 처리과정을 보이는 예시도이다.
도 2는 종래의 카메라 통신 시스템에서 광원의 온/오프 펄스와 카메라의 프레임 간의 동기화가 이루어지지 않은 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템에 적용되는 카메라의 구성블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 기준광원에서 일정한 펄스지연을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터광원의 온/오프에 대응하는 카메라 프레임의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템에서의 기준광원 및 데이터광원의 온/오프 펄스에 따른 데이터 추출과정을 구현한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 프레임속도의 변경시 프레임을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 방법을 보이는 흐름도이다.FIG. 1 is an exemplary view showing a data processing process of a conventional camera communication system.
FIG. 2 is an example in which synchronization between on / off pulses of a light source and a camera frame is not performed in a conventional camera communication system.
3 is a configuration diagram of a camera communication system according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a camera applied to a camera communication system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a constant pulse delay in the reference light source according to the present invention.
6 is an exemplary view of a camera frame corresponding to on / off of a data light source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 illustrates an example of a data extraction process according to ON / OFF pulses of a reference light source and a data light source in a camera communication system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
8 is a diagram for explaining a process of selecting a frame when a frame rate of a camera is changed according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a camera 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 3은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a camera communication system according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템(100)은 k개의 기준광원(110), 적어도 하나의 데이터광원(120) 및 카메라(120)를 포함하여 구성된다.3, a
k개(정수, k≥1)의 기준광원(110)은 데이터를 전송하지는 않고 카메라(130)의 프레임과 동기화를 구현하기 위해 제공된다. 카메라(130)는 임의의 시간에 촬영을 시작하므로 어느 프레임에서 촬영된 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출할 것인지에 대한 동기화가 필요하다. 이러한 k개의 기준광원(110)은 기설정된 펄스속도(pulse rate)(pps:pulse per second)에 따라 온/오프(on/off)하되, 각각 (i/k)Tbit의 펄스지연(pulse delay)을 갖는다. 구체적으로, k개의 기준광원(110)은 제1기준광원(110a)에 대해 제2기준광원(110b)은 Tbit/k만큼의 펄스지연, 제3기준광원(110c)은 2Tbit/k의 펄스지연, ..., 제i기준광원(110i)은 iTbit/k의 펄스지연, ..., 제k기준광원(110k)은 (k-1)Tbit/k만큼의 펄스지연을 갖는다. 이때, i=0~(k-1)인 정수이고, 정수 k≥1이며, Tbit는 온 또는 오프의 1비트 지속시간(one bit duration)이다. 이러한 k개의 기준광원(110)에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.The
데이터광원(120)은 카메라통신시스템에서 데이터 송신기(data transmitter)의 역할을 한다. 이러한 데이터광원(120)은 적어도 하나 이상 구비되며 상기한 k개의 기준광원(110) 중 제1기준광원(110a)과 같은 펄스로 온/오프(on/off)된다. 이러한 온/오프는 전송하고자 하는 데이터에 따라 결정된다. 예컨대, 서로 다른 이진 데이터 1 및 0를 온(on)과 오프(off)에 각각 대응시키도록 할 수 있다. 다수의 데이터광원(110)을 구비하는 경우 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
카메라(130)는 카메라 통신시스템에서 데이터 수신기(receiver)의 역할을 한다. 이러한 카메라(120)는 k개의 기준광원(110) 및 적어도 하나의 데이터광원(120)을 촬영하고 이들 광원(110,120)의 온/오프 이미지를 이용하여 데이터광원(120)의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하도록 한다. 이를 위해 카메라(130)는 일정범위의 프레임속도(frame rate)(fps:frame per second)로 k개의 기준광원(110) 및 적어도 하나의 데이터광원(120)의 온/오프 이미지를 연속 프레임으로 촬영한다. 본 실시 예에서 카메라(120)의 프레임속도는 광원(110)의 펄스속도보다 크고 가변된다. 이러한 카메라(120)는 기준광원(110) 및 데이터광원(120)이 온/오프되는 중에 임의의 시점에 촬영을 시작하기 때문에 그 온/오프 이미지를 정확하게 측정하지 못할 수도 있다. The
이를 위하여 본 발명에 따른 카메라(120)는 k개의 기준광원(110)의 온/오프 이미지를 촬영한 제1프레임에서 제1기준광원(110a)의 온 또는 오프 이미지가 정확하게 촬영되었는지 확인하고, 정확하게 촬영되었으면 제1기준광원(110a)과 동일한 펄스를 갖는 데이터광원(120)에 대한 프레임으로부터 데이터를 추출하도록 한다. 만약, 제1프레임에서 제1기준광원(110a)에서 온/오프 이미지가 촬영되지 않았다면 다음 프레임인 제2프레임에서 제1기준광원(110a)에서 온/오프 이미지가 촬영되었는지 확인한다. 이와 같이 제1기준광원(110a)에서 온/오프 이미지가 정확히 촬영된 프레임을 선택하여 그 프레임으로부터 데이터를 추출하도록 한다. 본 실시 예에 따른 카메라(120)는 초당 수 내지 수백 프레임으로 이미지를 연속으로 촬영할 수 있다. 예컨대 디지털 카메라, 휴대폰이나 스마트기기 등에 탑재된 카메라를 포함할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템에 적용되는 카메라의 구성블럭도이다.4 is a block diagram of a camera applied to a camera communication system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 카메라(130)는 이미지센서(131), 동기화부(132) 및 데이터추출부(133)를 포함하여 구성된다.4, a
이미지센서(131)는 기설정된 펄스속도로 온/오프(on/off)되는 k개의 기준광원(110) 및 다수의 데이터광원(120)을 일정범위의 프레임속도로 연속프레임으로 촬영하여 그 기준광원(110)의 온/오프 이미지를 획득한다. k개의 기준광원(110)은 각각 (i/k)Tbit의 펄스지연을 갖는다. 다수의 데이터광원(120)은 k개의 기준광원(110) 중 제1기준광원(110a)의 펄스와 동일한 펄스로 온/오프된다. 동기화부(132)는 이미지센서(131)에서 각 프레임별로 획득한 제1기준광원(110a) 및 다수의 데이터광원(120)의 온/오프 이미지를 분석하여 제1기준광원의 온/오프별로 하나의 프레임을 선택한다. 이는 이미지센서(131)에서 임의의 시점에 촬영을 시작하고 프레임속도가 특정 원인에 의해 변하는 경우에 제1기준광원(110a)이 온(on) 및 오프(off)될 때의 정확한 이미지를 촬영하지 못하는 경우도 발생하는데, 이 경우를 제외하고 온/오프의 정확한 이미지에 대응하는 하나의 프레임만을 선택하도록 함으로써 제1기준광원(110a)과 동일한 펄스의 데이터광원(120)에서의 온/오프될 때의 이미지를 정확하게 획득하도록 하기 위한 것이다. 또한, 데이터추출부(133)은 동기화부(132)에서 선택된 온/오프별 하나의 프레임에 나타난 온/오프 이미지를 이용하여 해당 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하도록 한다. 이러한 과정을 통해 데이터광원(120)의 온/오프 펄스에 대응하는 데이터를 추출함으로써 카메라(130)는 데이터광원(120)으로부터 전송되는 데이터를 수신할 수 있게 되어 카메라 통신이 가능하게 된다.The
도 5는 본 발명에 따른 기준광원에서 일정한 펄스지연을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a constant pulse delay in the reference light source according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에서는 기준광원(110)에서 각 온/오프(on/off) 펄스를 k개의 타임슬롯(time slot)(210)을 균등분할하고, 각 기준광원(110)을 제1기준광원(110a)에 대하여 i/k만큼 펄스를 지연시키도록 한다(i=0~(k-1)). 즉, 상기한 바와 같이 온/오프 펄스의 지속시간이 Tbit이면, 제1기준광원(110a)에 대하여 제i기준광원(110i)은 (i/k)Tbit만큼의 펄스지연이 발생하게 된다. 이들 기준광원(110)은 데이터를 전송하지는 않고 일정한 펄스속도로 온/오프 펄스를 반복하기만 한다.5, in the present invention, each on / off pulse is uniformly divided into k time slots 210 in the
이에, 도 5에서는 설명의 편의상 4개(k=4)의 기준광원(110a~110d)에 대하여일례를 도시하고 있으며, 따라서 각각의 온/오프의 지속시간(Tbit)을 4개의 타임슬롯(210)으로 균등분할한 예를 도시하고 있다. 따라서, 본 예시에서 하나의 타임슬롯(210)의 시간은 Tbit/4가 된다. 물론, k는 다른 수로 설정될 수 있음은 당연한다. 이러한 k의 설정은 도 6에서 설명한다.5, an example of four (k = 4)
도 5의 일례에서는 이러한 4개의 기준광원(110a~110d)에 대하여 임의의 시간에 카메라(130)의 촬영이 시작되는 경우, 제1프레임(310)이 제1기준광원(110a)의 제2타임슬롯에 대응되는 예를 도시하고 있다. 이는 제1프레임(310)에 제1기준광원(110a)은 정확한 온(on) 이미지가 획득되고 제3,4기준광원(110c,110d)은 정확한 오프(off) 이미지가 획득되는 반면에, 제2기준광원(110b)은 스위칭시간(ts)에 대응되므로 정확한 온/오프 이미지가 획득되지 못한다. 물론, 다른 예에서 제1프레임(310)이 제1기준광원(110a)의 제1타임슬롯에 대응되면 제1프레임(310)에 제2,3,4기준광원(110b~110d)은 정확한 오프(off) 이미지가 획득되지만, 제1기준광원(110a)은 스위칭시간(ts)에 대응되어 정확한 이미지가 획득되지 못한다. 이와 같이 제1프레임(310)이 제1기준광원(110a)의 4개의 타임슬롯 중 어느 하나에 대응하는 경우 3개의 기준광원은 정확한 온 또는 오프 이미지가 획득되지만 1개의 기준광원은 정확한 이미지가 획득되지 못하게 된다. 이러한 특징을 이용하여 본 실시 예에서는 제1기준광원(110a)이 정확한 온/오프 이미지가 획득되는 프레임을 제1프레임(310)으로 선택하도록 한다. 왜냐하면 데이터광원(120)이 제1기준광원(110a)의 펄스와 동기화가 된 것으로 설정되기 때문이다. 물론 제1기준광원(110a)은 4개의 기준광원 중 임의의 하나로 설정할 수 있다.5, when the photographing of the
이와 같이, 본 발명에 따른 카메라(130)는 제1프레임(310)에서 제1기준광원(110a)의 정확한 온 또는 오프 이미지가 획득되면 제1프레임(310)에 대응하는 다수의 데이터광원(120)로부터 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하도록 한다. 만약, 제1프레임(310)에서 제1기준광원(110a)의 정확한 온/오프 이미지가 획득되지 않으면 다음 프레임인 제2프레임에 대하여 동일한 과정을 수행한다. 이러한 과정을 통해 제1기준광원(110a)의 정확한 온/오프 이미지가 획득되는 프레임을 선택하고, 그 선택된 프레임에 대응하는 데이터광원(120)의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하는 것이다.As described above, the
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터광원의 온/오프에 대응하는 카메라 프레임의 예시도이다.6 is an exemplary view of a camera frame corresponding to on / off of a data light source according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 카메라(130)는 광원(110)이 온/오프되는 중에 임의의 시점에서 획득된다. 카메라(130)는 셔터시간(shutter time)이라고 불리는 노출시간(exposure time)(te)이 존재한다. 이러한 노출시간(te)은 매우 짧은 시간이며 카메라의 특성에 따라 다르게 설정될 수 있다. 또한, 광원(110)의 온/오프 시 온(on)에서 오프(off)로 전환되거나 오프(off)에서 온(on)으로 전활될 때 일정한 스위칭시간(ts)이 존재한다. 이러한 스위칭시간(ts)는 광원(110)의 종류 및 특성에 따라 결정된다. 이러한 1비트 지속시간(Tbit), 스위칭시간(ts) 및 노출시간(te)로부터 하기 수학식1을 이용하여 k를 결정할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
여기서, Tbit는 온 또는 오프의 1비트 지속시간(one bit duration)이고, ts는 온에서 오프로 또는 오프에서 온으로의 1비트의 스위칭시간(switching time), te는 카메라의 노출시간이다. 이때, 카메라의 노출시간은 이미지를 획득하는 시간으로서 프레임의 길이를 결정한다. 또한,
만약, k=1인 경우, Tbit=ts+te가 되고, 이때, ts는 무시할 정도로 매우 작은 값이므로 Tbit와 te가 실질적으로 같은 값이 된다. 이 경우는 광원(110)의 온 또는 오프 펄스 당 1개의 프레임이 대응된다는 것을 의미한다. 이는 데이터광원(120)의 온/오프에 정확하게 대응하지 않으면 데이터를 추출하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다. k=2인 경우는 실질적으로 Tbit와 2te가 되어 1비트 펄스에 2개의 프레임이 대응될 수 있다는 것이다. 이러한 원리로 도 5의 일례에서는 k=4이므로, 1비트의 지속시간(Tbit)에 4개의 프레임이 대응될 수 있음을 의미한다. 따라서, 4개의 타임슬롯에 각 프레임이 대응할 수 있음을 알 수 있다.If k = 1, then T bit = t s + t e , where t s is negligibly small, so T bit and t e are substantially equal. This means that one frame per ON or OFF pulse of the
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라 통신 시스템에서의 기준광원 및 데이터광원의 온/오프 펄스에 따른 데이터 추출과정을 구현한 예시도이다.FIG. 7 illustrates an example of a data extraction process according to ON / OFF pulses of a reference light source and a data light source in a camera communication system according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1기준광원(110a)의 온/오프 펄스와, 그 제1기준광원(110a)의 펄스와 동일한 펄스속도로 온/오프하는 다수의 데이터광원(120)의 펄스와, 카메라(130)의 프레임에 대한 예를 도시하고 있다.Referring to FIG. 7, on / off pulses of the first
제1프레임(410)에 대응하는 제1기준광원(110a)이 온이므로(제1프레임에서 제1기준광원은 온 이미지를 획득하므로), 제1프레임에서 획득되는 다수의 데이터광원 #1, #2, ..., #N의 온/오프 이미지에 대응하는 데이터를 추출한다. 따라서, 제1프레임에서는 데이터광원 #1, #2, ..., #N은 각각 온, 오프, 오프이므로 추출되는 데이터는 1,0,0이 된다. 이와 동일한 과정으로 제2프레임(420)에서는 데이터광원 #1, #2, ..., #N이 오프, 오프, 온이므로 추출되는 데이터는 0,0,1이된다. 이에, 도면에서와 같이 각 연속 프레임별로 데이터광원 #1은 1,0,0...의 데이터가 추출되고, 데이터광원 #2는 0,0,1...의 데이터가 추출된다.The first
이는 제1프레임(410)에서 제1기준광원(110a)이 온 또는 오프 이미지를 획득하기 때문에 가능하다. 만약, 제1프레임(410)에서 제1기준광원(110a)에 대해 정확한 온 또는 오프 이미지를 획득하지 못하는 경우에는 다음 제2프레임에 대하여 확인하고 제2프레임에서 온/오프 이미지를 정확히 획득하는 경우에는 제2프레임부터 데이터를 추출하게 된다.This is possible because the first
본 발명의 특징 중 하나는 광원(110,120)의 펄스속도는 고정된 상태에서 카메라(130)의 프레임속도가 특정 원인에 의해 변하는 경우에 대하여 데이터를 정확하게 추출하는 과정을 제공한다. 예컨대, 도 7의 예시는 제1기준광원(110a)의 펄스속도와 카메라(130)의 프레임속도가 동일한 경우, 즉, 펄스와 프레임이 일대 일로 매칭이 되는 예를 도시하고 있다. 하지만, 프레임속도가 펄스속도보다 빠른 경우, 특히 이 경우에도 프레임속도가 변하는 경우 하나의 온 또는 오프 펄스에 적어도 하나 이상의 프레임이 대응될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 데이터광원(120)의 하나의 온/오프 펄스에 적어도 하나 이상의 프레임이 대응될 때, 어떤 프레임을 선택하느냐가 정확한 데이터를 추출하느냐를 결정한다. 이에, 이하에서는 기준광원(110) 및 데이터광원(120)의 펄스속도는 고정되고 카메라(130)의 프레임속도가 변하는 경우에 대하여 카메라 통신 과정을 설명하기로 한다.One of the features of the present invention is that the pulse rate of the
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 카메라의 프레임속도의 변경시 프레임을 선택하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for explaining a process of selecting a frame when a frame rate of a camera is changed according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명에서 상기한 바와 같이 제1기준광원(110a)는 고정된 펄스속도로 온/오프를 반복한다. 도면에서 제1프레임(510)은 제1기준광원(110a)의 제1펄스에서 제3타임슬롯에 대응하고, 제2프레임(520)은 제2펄스의 제3타임슬롯에 대응되는 예를 도시하고 있다. 한편, 프레임속도의 변화로 인해 제3프레임(530)과 제4프레임(540)은 제3펄스에서 제1 및 제4 타임슬롯에 각각 대응된다. 즉, 하나의 펄스에 두 개의 프레임이 대응되는 것이다. 이 경우, 타임슬롯의 개수와 1비트 지속시간을 이용하여 이전 프레임과 다음 프레임 간의 시간간격(△t)을 하기 수학식2와 같이 설정함으로써 하나의 펄스에 유용한 프레임을 결정할 수 있다.Referring to FIG. 8, the first
한편, 프레임속도 변화에 따라 하나의 펄스에서 둘 이상의 프레임이 대응되는 경우, 어느 프레임을 선택할 것인지도 결정할 필요가 있다. 왜냐하면, 하나의 펄스에 대응하는 프레임은 하나면 결정하면 그 펄스에 대응하는 데이터를 추출할 수 있기 때문이다. 이는 하나의 펄스에서 어느 타임슬롯의 프레임을 선택하느냐에 따라 결정되기 때문이다. 따라서, 본 실시 예에서는 다음 프레임을 결정할 때 다음 펄스에서 어느 타임슬롯을 결정하는지는 하기 수학식3이 이용될 수 있다.On the other hand, when two or more frames correspond to one pulse in accordance with the change in the frame rate, it is necessary to determine which frame to select. This is because if the frame corresponding to one pulse is determined to be one, data corresponding to the pulse can be extracted. This is because it depends on which frame of the time slot is selected in one pulse. Therefore, in this embodiment, when determining the next frame, which time slot is determined in the next pulse, the following equation (3) can be used.
여기서, i는 다음 펄스에서 선택할 프레임이 대응되는 타임슬롯의 순번이고,
이러한 과정을 통해 제1프레임(510)에서 다수의 데이터광원(120)의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출한 후, 다음 프레임인 제2프레임(520)은 수학식2를 이용하여 △t간격의 프레임을 선택하여 그 제2프레임(520)에서의 데이터광원(120)의 온/오프 이미지에 따른 데이터를 추출한다. 만약, 도 7의 제3,4 프레임(530,540)과 같이 하나의 펄스에 둘 이상의 프레임이 대응되는 경우, 수학식3을 이용하여 i번째 타임슬롯에 대응하는 프레임을 선택하도록 함으로써 데이터가 누락되거나 중복되는 일 없이 정확한 데이터를 추출하게 된다.After the data is extracted from the on / off images of the plurality of data
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 방법을 보이는 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a camera communication method according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 카메라 통신 방법에서는, 각각 (i/k)Tbit 만큼의 펄스지연을 갖는 k개의 기준광원(110)을 기설정된 펄스속도로 온/오프시킨다(S101). 구체적으로, k개의 기준광원(110)에서 제1기준광원(110a)은 펄스속도에 따라 온/오프 펄스를 반복하고, 이러한 제1기준광원(110a)에 대하여 제2기준광원(110b)은 Tbit/k만큼, 제3기준광원(110c)은 2Tbit/k만큼, ..., 제i기준광원(110i)은 iTbit/k만큼, ..., 제k기준광원(110k)은 (k-1)Tbit/k만큼의 펄스지연을 갖는다. 여기서, i=0~(k-1), k≥1인 정수, Tbit는 온(on) 또는 오프(off)의 1비트 지속시간(one bit duration)이다.Referring to FIG. 9, in the camera communication method according to the embodiment of the present invention, k reference
그리고, 전송하고자 하는 데이터를 다수의 데이터광원(120)의 온/오프 펄스에 대응시켜 제1기준광원(110a)과 동일한 펄스속도로 데이터광원(120)을 온/오프시킨다(S103). 이는 데이터광원(110)의 온/오프를 전송할 데이터에 대응시켜 온/오프를 제어하는 것으로서, 데이터광원(110)의 온/오프를 제어하기 위한 제어부(미도시)의 설정에 따라 결정될 수 있다. 이때, 전송데이터는 이진데이터로서 '1'과 '0'으로 구성됨이 바람직하다.In step S103, the data to be transmitted is turned on / off at the same pulse rate as the first
이후, 카메라(130)에서 프레임속도(frame rate)에 따라 기준광원(110)과 데이터광원(120)의 온/오프 이미지를 연속 프레임으로 촬영한다(S105). 이러한 프레임 이미지 획득은 내부의 이미지센서(131)를 이용하여 각 광원(110,120)을 촬영함으로써 구현되며, 이들 광원(110,120)이 다수 개 존재하는 경우 전체를 동시에 연속 프레임으로 촬영할 수도 있다.Thereafter, the
이러한 카메라(130)는 각 프레임별로 촬영된 기준광원(110) 및 데이터광원(120)의 온/오프 이미지를 이용하여 데이터광원(120)의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출한다(S107). 구체적으로는 제1프레임에 촬영된 상기 제1기준광원(110a)의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하고 상기 제1프레임으로부터 상기 수학식2를 이용하여 계산된 시간간격(△t)에 따른 적어도 하나의 제2프레임을 선택하고, 상기 선택된 적어도 하나의 제2프레임에 대응하는 제1기준광원(110a)의 온 또는 오프 펄스를 k개의 타임슬롯으로 균등분할하여 상기 수학식3을 만족하는 i번째 타임슬롯에 대응하는 하나의 제2프레임을 선택한다. 이와 같이 선택된 하나의 제2프레임에 대응하는 데이터를 추출하도록 한다.The
이러한 과정을 통해 제1기준광원(110a)의 1비트 펄스에서 오직 하나의 프레임만을 선택함으로써 각 온/오프 펄스별로 프레임이 중복되거나 누락되는 경우가 없도록 하여 정확한 데이터 추출이 가능하도록 한다. 이는 광원(110,120)의 펄스속도는 고정된 상태에서 소정의 원인에 의해 프레임속도가 변경되는 경우, 펄스속도보다 프레임속도가 더 큰 경우에 유용하게 적용될 수 있다.Through this process, only one frame is selected from the 1-bit pulse of the first
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 : 기준광원 120 : 데이터광원
130 : 카메라 131 : 이미지센서
132 : 동기화부 133 : 데이터추출부110: reference light source 120: data light source
130: camera 131: image sensor
132: synchronization unit 133: data extraction unit
Claims (12)
상기 k개의 기준광원 중 제1기준광원과 동기된 펄스로 온/오프하되, 전송하고자 하는 데이터에 대응하도록 온/오프하는 다수의 데이터광원; 및
일정범위의 프레임속도(fps:frame per second)로 상기 기준광원 및 데이터광원의 온/오프 이미지를 연속프레임으로 촬영하고 상기 촬영된 프레임별 온/오프 이미지에 대응하는 데이터를 추출하는 카메라; 를 포함하고,
상기 카메라는, 제1프레임에 상기 제1기준광원의 온 또는 오프 이미지가 촬영되면 상기 제1프레임에 촬영된 다수의 데이터광원의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 카메라 통신 시스템.K reference light sources (i = 0 to (k-1), k) having pulse delays of (i / k) T bits on / off at a predetermined pulse rate (pps) an integer of k? 1, T bit : one bit duration of on or off)
A plurality of data light sources for turning on / off a pulse synchronized with a first reference light source among the k reference light sources and turning on / off corresponding to data to be transmitted; And
A camera for photographing on / off images of the reference light source and the data light source in a continuous frame at a frame rate (fps) in a certain range and extracting data corresponding to on / off images for each frame; Lt; / RTI >
Wherein the camera extracts data corresponding to on / off of a plurality of data light sources photographed in the first frame when an on or off image of the first reference light source is photographed in the first frame.
상기 카메라는 상기 제1프레임에 대응하는 데이터광원에 대한 데이터를 추출한 후, 상기 제1프레임으로부터 하기 수학식,
Wherein the camera extracts data for a data light source corresponding to the first frame,
상기 k는 데이터광원의 온/오프 시간으로부터 하기 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라 통신 시스템.
(ts는 온과 오프 간의 1비트 스위칭시간(switching time), te는 카메라 노출시간)The method according to claim 1,
And k is an on / off time of the data light source.
(ts is a 1-bit switching time between on and off, te is camera exposure time)
상기 카메라의 프레임속도는 상기 데이터광원의 펄스속도보다 큰 것을 특징으로 하는 카메라 통신 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the frame rate of the camera is greater than the pulse rate of the data light source.
상기 기준광원 및 데이터광원의 펄스속도는 고정되고 상기 카메라의 프레임속도는 가변되는 카메라 통신 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the pulse rate of the reference light source and the data light source is fixed and the frame rate of the camera is variable.
상기 데이터광원의 온(on)은 데이터 1 또는 0 중 하나에 대응되고 오프(off)는 다른 나머지 하나에 대응되는 카메라 통신 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the data light source on corresponds to one of data 1 or 0 and off corresponds to the other one.
상기 카메라는 상기 제1프레임에 상기 제1기준광원의 온 또는 오프 이미지가 촬영되지 않으면 상기 제1기준광원의 온 또는 오프 이미지가 촬영되는 다음 프레임을 선택하고 상기 선택된 다음 프레임에 촬영된 다수의 데이터광원의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 카메라 통신 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the camera selects a next frame in which an on or off image of the first reference light source is photographed if an on or off image of the first reference light source is not photographed in the first frame, A camera communication system for extracting data corresponding to on / off of a light source.
상기 k개의 기준광원 중 제1기준광원과 동일한 펄스로 다수의 데이터광원을 온/오프(on/off)시키되, 전송할 데이터에 대응하도록 상기 다수의 데이터광원을 온/오프시키는 제2단계;
카메라에서 일정범위의 프레임속도(fps:frame per second)에 따라 상기 k개의 기준광원 및 다수의 데이터광원의 온/오프 이미지를 연속 프레임으로 획득하는 제3단계;
상기 카메라에서 제1프레임에 촬영된 상기 제1기준광원의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하고 상기 제1프레임으로부터 하기 수학식,
상기 선택된 적어도 하나의 제2프레임에 대응하는 상기 제1기준광원의 온 또는 오프 펄스를 k개의 타임슬롯으로 균등분할하여 하기 수학식,
상기 선택된 하나의 제2프레임에 대응하는 데이터를 추출하는 제6단계; 를 포함하는 카메라 통신 방법.A pulse of one bit duration (i / k) T bits (i = 0 to (k-1), an integer of k? 1, T bit : on or off) A first step of turning on / off k reference light sources having a pulse delay at a predetermined pulse rate (pps);
A second step of turning on / off a plurality of data light sources with the same pulse as the first reference light source among the k reference light sources, and turning on / off the plurality of data light sources to correspond to data to be transmitted;
A third step of acquiring on / off images of the k reference light sources and the plurality of data light sources as continuous frames according to a frame rate (fps: frame per second) in a camera;
Extracting data from an on / off image of the first reference light source photographed in a first frame in the camera,
The method of claim 1, further comprising: dividing an on or off pulse of the first reference light source corresponding to the selected at least one second frame into k time slots,
A sixth step of extracting data corresponding to the selected one second frame; And the camera communication method.
상기 k는 데이터광원의 온/오프 시간으로부터 하기 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 카메라 통신 방법.
(ts는 온과 오프 간의 1비트 스위칭시간(switching time), te는 카메라 노출시간)9. The method of claim 8,
And k is a time of on / off of the data light source.
(ts is a 1-bit switching time between on and off, te is camera exposure time)
상기 카메라의 프레임속도는 상기 데이터광원의 펄스속도보다 큰 것을 특징으로 하는 카메라 통신 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the frame rate of the camera is greater than the pulse rate of the data light source.
상기 이미지센서에서 제1프레임에 촬영된 상기 제1기준광원의 온/오프 이미지로부터 데이터를 추출하고 상기 제1프레임으로부터 하기 수학식,
상기 선택된 하나의 제2프레임에 대응하는 데이터를 추출하는 데이터추출부; 를 포함하는 카메라장치.A pulse of one bit duration (i / k) T bits (i = 0 to (k-1), an integer of k? 1, T bit : on or off) K reference light sources that are turned on / off at a predetermined pulse rate (pps) and have a delay and a plurality of data that are turned on / off to correspond to data to be transmitted in the same pulse as the first reference light source among the k reference light sources An image sensor for acquiring an on / off image of a light source in a continuous frame according to a frame rate (fps) of a certain range;
Extracting data from an on / off image of the first reference light source photographed in a first frame in the image sensor,
A data extracting unit for extracting data corresponding to the selected one second frame; .
상기 카메라의 프레임속도는 상기 데이터광원의 펄스속도보다 크고, 상기 데이터광원의 온/오프 시간으로부터 하기 수학식을 만족하는 카메라장치.
(ts는 온과 오프 간의 1비트 스위칭시간(switching time), te는 카메라 노출시간)12. The method of claim 11,
Wherein the frame rate of the camera is greater than the pulse rate of the data light source and the following equation is satisfied from the on / off time of the data light source.
(ts is a 1-bit switching time between on and off, te is camera exposure time)
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