(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮影する撮影手段と、
光源が照射する光を受光して符号化された信号を取得する受光手段と、
該受光手段により取得した符号化された信号を復号するための符号を前記撮影手段により前記光源から取得する取得手段と、
該取得手段により取得した符号を用いて前記受光手段により取得した符号化された信号を復号する復号手段と、
を備えることを特徴とする可視光受信装置。
【請求項２】
前記撮影手段が撮影した被写体をリアルタイムに表示する表示手段と、
該表示手段が表示する被写体から光源を選択する選択手段と、をさらに備え、
前記復号手段は、前記選択手段が選択した光源の符号を用いて前記受光手段により取得した符号化された信号を復号することを特徴とする請求項１に記載の可視光受信装置。
【請求項３】
復号した信号を格納する記憶手段をさらに備え、
前記選択手段により光源を選択した時点で、前記選択手段により選択した光源に対応する前記記憶手段に格納されている前記復号した信号を前記表示手段に表示することを特徴とする請求項２に記載の可視光受信装置。
【請求項４】
被写体を撮影する撮影手段と、
光源が照射する光を受光して信号を取得する受光手段と、
該受光手段により信号を取得するための受光タイミングを前記撮影手段により前記光源から取得する取得手段と、
該取得手段により取得した受光タイミングを用いて前記受光手段が信号を取得するタイミングを設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする可視光受信装置。
【請求項５】
前記撮影手段が撮影した被写体をリアルタイムに表示する表示手段と、
該表示手段が表示する被写体から光源を選択する選択手段と、をさらに備え、
前記設定手段は、前記選択手段が選択した光源の受光タイミングを用いて前記受光手段が信号を取得するタイミングを設定することを特徴とする請求項４に記載の可視光受信装置。
【請求項６】
光源が照射する光を受光手段により受光して符号化された信号を取得する処理と、
前記受光手段により取得した符号化された信号を復号するための符号を、被写体を撮影する撮影手段により前記光源から取得する処理と、
前記撮影手段により取得した符号を用いて前記受光手段により取得した符号化された信号を復号する処理と、
を含むことを特徴とする可視光受信方法。
【請求項７】
光源が照射する光を受光手段により受光して信号を取得する処理と、
前記受光手段により信号を取得するための受光タイミングを、被写体を撮影する撮影手段により前記光源から取得する処理と、
前記撮影手段により取得した受光タイミングを用いて前記受光手段が信号を取得するタイミングを設定する処理と、
を含むことを特徴とする可視光受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の可視光通信光源から選択してデータを受信できる可視光受信装置および可視光受信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明光やＬＥＤなどの可視光源とフォトディテクタなどの受光素子を用いて可視光の領域で通信を行う可視光通信の研究開発が進められており、信号機や車のブレーキランプ、オフィスの照明、駅の電光掲示板など、様々な応用用途が考えられている。通信速度は照明光源に使用されるＬＥＤや受光素子であるフォトディテクタの応答速度、Ｓ／Ｎなどに依存するが、数Ｍｂｐｓ（ビット／秒）以上のスループットも得られている。類似の技術として赤外光を使用した赤外光通信があるが、可視光通信は、可視光を使用することによって光源が人の目に見えるため、送信しているデバイスがすぐにわかる、通信できるエリアがわかりやすい、世の中にある照明をそのまま置き換えることが可能なために適用範囲が広い、などの利点がある。
【０００３】
また、フォトディテクタ以外の受光デバイスとして携帯電話機などの撮像デバイスを利用した技術もある（特許文献１）。これによると、撮像部で撮影しているエリア内にある発光源が特定のパターンで点滅をしているときに、時間軸方向に並ぶ複数の画像信号から光源の発光パターンのパターンマッチングを行い、発光領域を特定するステップと、特定された位置に任意の画像を貼り付けるステップを持つ画像処理装置が提案されている。これによって例えば携帯電話機のカメラなどで発光源を連続的に撮影することで、画面上の発光源を特定し、データを抽出することができる。
【０００４】
また、特許文献２は、赤外線通信技術とカメラを利用して、人の目では確認できない赤外線通信の光源の位置を赤外線波長領域までカバーするカメラで撮影し、所在地を確認し、ユーザを光源まで導いて赤外線通信を行うといったものである。
【特許文献１】特開２００２−２６２１８０号公報
【特許文献２】特開２００４−０１１２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、受光デバイスとして携帯電話機などの撮像デバイスを利用した場合は、カメラの撮像部のフレームレートにデータレートが依存してしまい、携帯電話機に搭載されているＣＭＯＳカメラなどではフレームレートが３０ｆｐｓ（フレーム／秒）程度であり、この場合最大でも３０ｂｐｓ以下でしかデータレートが得られないため、大きなデータを扱うことが難しい。ＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラは、通常携帯機器に組み込まれて使われる場合には３０ｆｐｓ程度のものが使用される。数百ｆｐｓといった高速のＣＭＯＳカメラも実現されているが、高価であることや、携帯機器で動画を記録するには３０ｆｐｓ程度で十分であることや、携帯機器に取り付ける場合は小さいレンズでＦ値（絞り値）が大きいために露光を長くして光量を稼ぐ必要があること、といった理由のためである。
【０００６】
また、特許文献２の場合、赤外線通信源の位置特定にしかカメラを利用しておらず、複数の光源がカメラで撮影したエリア内にある場合に、画面上で任意の１つを選択して通信を行うといったことはできず、ユーザは赤外線通信のエリア内まで近づかなくてはならない。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、フレームレートの低いカメラの撮像部と可視光通信に用いられる受光部との安価な組み合わせによって、カメラで撮影したエリア内の任意の１つの光源からデータを受信することができる可視光受信装置および可視光受信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の可視光受信装置は、被写体を撮影する撮影手段と、光源が照射する光を受光して符号化された信号を取得する受光手段と、該受光手段により取得した符号化された信号を復号するための符号を前記撮影手段により前記光源から取得する取得手段と、該取得手段により取得した符号を用いて前記受光手段により取得した符号化された信号を復号する復号手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記撮影手段が撮影した被写体をリアルタイムに表示する表示手段と、該表示手段が表示する被写体から光源を選択する選択手段とをさらに備え、前記復号手段が、前記選択手段が選択した光源の符号を用いて前記受光手段により取得した符号化された信号を復号することが好ましい。
【００１０】
また、復号した信号を格納する記憶手段をさらに備え、前記選択手段により光源を選択した時点で、前記選択手段により選択した光源に対応する前記記憶手段に格納されている前記復号した信号を前記表示手段に表示することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の可視光受信装置は、被写体を撮影する撮影手段と、光源が照射する光を受光して信号を取得する受光手段と、該受光手段により信号を取得するための受光タイミングを前記撮影手段により前記光源から取得する取得手段と、該取得手段により取得した受光タイミングを用いて前記受光手段が信号を取得するタイミングを設定する設定手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前記撮影手段が撮影した被写体をリアルタイムに表示する表示手段と、該表示手段が表示する被写体から光源を選択する選択手段とをさらに備え、前記設定手段が、前記選択手段が選択した光源の受光タイミングを用いて前記受光手段が信号を取得するタイミングを設定することが好ましい。
【００１３】
また、本発明の可視光受信方法は、光源が照射する光を受光手段により受光して符号化された信号を取得する処理と、前記受光手段により取得した符号化された信号を復号するための符号を、被写体を撮影する撮影手段により前記光源から取得する処理と、前記撮影手段により取得した符号を用いて前記受光手段により取得した符号化された信号を復号する処理とを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の可視光受信方法は、光源が照射する光を受光手段により受光して信号を取得する処理と、前記受光手段により信号を取得するための受光タイミングを、被写体を撮影する撮影手段により前記光源から取得する処理と、前記撮影手段により取得した受光タイミングを用いて前記受光手段が信号を取得するタイミングを設定する処理とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、携帯電話機に用いられるフレームレートの低いカメラの撮像部と可視光通信に用いられる受光部との安価な組み合わせによって、カメラで撮影したエリア内の任意の１つの光源からデータを受信することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。可視光通信システムは、データを受信する可視光受信装置とデータを送信する送信機とから構成される。図１は、本発明の可視光受信装置のブロック図である。可視光受信装置１は、撮像部２と、光源検出部３と、低速データ復調部４と、操作部５と、受光部６と、高速データ復調・復号部７と、同期捕捉部８と、記憶部９と、制御部１０と、表示部１１により構成される。
【００１７】
撮像部２は、被写体を撮影する撮影手段であり、撮像素子にＣＭＯＳまたはＣＣＤを用いて低速フレームレート（ここでは３０ｆｐｓ（フレーム／秒）とする）で撮影を行い、撮影された画像を光源検出部３と制御部１０に出力する。光源検出部３は、撮像部２で撮影された画像の時間的な変化より可視光通信光源を検出して低速データ復調部４へ通知するとともに、光源が検出されない場合には撮像部２のフレームタイミングを所定時間分ずらしながら光源の探知を続ける。低速データ復調部４は、光源検出部３から可視光通信光源がある旨の通知を受けると、その光源の点滅パターンよりデータを復調し、復調されたデータを制御部１０へと出力し、制御部１０は記憶部９に記憶する。ここで復調されたデータは、高速データ復調・復号部７で復号に必要な符号である。表示部１１は、制御部１０から出力される画像データや、操作部５によって操作されるアイコン、ボタン、光源から取得したデータなどの表示を行う。受光部６は、フォトダイオードやフォトディテクタからなり、可視光通信光源からの光を受光し、高速データ復調・復号部７へ出力する。高速データ復調・復号部７は、受光部６が受信した受信光に対して低速データ復調部４で受信したデータを基にしてデータを復号する。同期捕捉部８は、高速データ復調・復号部７で符号を掛け合わせる際に適切なタイミングとなるように同期捕捉、同期保持を行う。
【００１８】
図２は、送信機のブロック図である。送信機２０は、記憶部２１と、制御部２２と、低速データ入力部２３と、高速データ入力部２４と、符号化・変調部２５と、ＬＥＤ（可視光通信光源）２６により構成される。
【００１９】
記憶部２１は、送信するデータ、および受信装置が復号に使用するデータを記憶する。制御部２２は、受信装置に送信するデータを高速データ入力部２４に出力し、受信装置が高速データを復号するのに使用するデータを低速データ入力部２３へ出力する。低速データ入力部２３、高速データ入力部２４は、それぞれ所定のタイミングで入力されたデータを符号化・変調部２５へ出力する。符号化・変調部２５は、高速データ入力部２４から入力されたデータを符号化するとともに、入力されたデータに対して所定のタイミング（後述する）でＬＥＤ２６が点滅をするように変調を行い、ＬＥＤ２６に出力する。ＬＥＤ２６は、符号化・変調部２５で変調されたとおりにＬＥＤを点滅させ、データを送信する。
【００２０】
ここで２つの光源がある場合に１つの光源からデータを受信する第１の方法を説明する。図３は、２つの光源（光源Ａ、光源Ｂ）から１つを選択する第１の方法を説明する図である。光源Ａおよび光源Ｂとも低速データ（１５ｂｐｓの２値のＰＰＭ（パルス位置変調））に、図３（３）に示す高速データ（ここでは１Ｍｂｐｓのデータが１６シンボルの符号で拡散されたＰＰＭ）が重畳されている場合を示している。低速データのＰＰＭでＬＥＤが点灯している間に高速データを送信する。高速データは１Ｍｂｐｓのデータを１６シンボルの符号で拡散しているため１６Ｍｓｐｓ（シンボル／秒）の速度での２値ＰＰＭとなり、ＬＥＤが３２ＭＨｚでオン、オフされるため、高速データが送信されている間は、３０ｆｐｓ程度の撮像部では光源が点灯していると判定される。
【００２１】
図３（１）は、光源Ａの低速データの送信パターンを示しており、図３（２）は、光源Ｂの低速データの送信パターンを示している。２値のＰＰＭが使用され、前半が点灯している場合は‘０’、後半が点灯している場合は‘１’となる。またデータの先頭と後尾を示すフラグとして“０１０１”とする。撮像部２で撮影された光源Ａ、光源Ｂから低速データ復調部４は、このフラグを検出し、その間にあるデータを復号符号として取得する。光源ＡからはＷ３１６＝“００１１１１００００１１１１００”という符号を取得し、光源ＢからはＷ６１６＝“０１１００１１００１１００１１０”という符号を取得する。ここでは拡散符号としてシンボル長１６のＷａｌｓｈ符号を使用している。
【００２２】
受光部６では光源Ａ、Ｂ両方から同時に光を受光することになり、重ね合わせられた結果として受光される。これに対して高速データ復調・復号部７にてＷ３１６を所定のタイミングで逆拡散する（排他的論理和をとる）ことで光源Ａからのデータを復号して光源Ａからのデータのみを取得することができる。ここで所定のタイミングは同期捕捉部８が捕捉したタイミングであり、同期捕捉部８では逆拡散するタイミングをずらしながらデータが適切に取得できるタイミングを捕捉し、その後は保持することでタイミングを維持することになる。同じくＷ６１６で同期捕捉部８の捕捉、保持しているタイミングで逆拡散をすることで光源Ｂからのデータを取得することができる。
【００２３】
ここではシンボル長１６としたが、これを長くすることにより、データレートは遅くなるが、より多くの光源を分離することができるようになり、例えばシンボル長６４とすると理論的には６４個まで分離することができ、撮影エリア内に５０個程度の光源がある場合にでも対応することができる。
【００２４】
また、手ブレなどによって受信中に受光部が動いている場合でも、図４に示すように受光部が光源を受光できる範囲内にあれば、問題なく目的の光源からデータを受信できる。図４は、光源Ａ、Ｂと受光部との位置関係を説明する図である。
【００２５】
以上のような処理によって複数の光源がカメラで撮影された範囲内にあった場合にも、特定の１つの光源から高速でデータを受信することができることが分かる。
【００２６】
図５は、可視光受信装置の制御部の動作を説明するフロー図であり、図６は、使用例を説明するためのバス停留所を示す図であり、図７は、バス停留所の時刻表表示板にある複数の時刻表の中から特定の１つ（ここでは赤坂）の時刻表をダウンロードする場合を示す図である。
【００２７】
ユーザが可視光通信源であるバス停留所の一部（図６）にカメラを向けてカメラをオンにすると（ステップ３１）、光源検出部３は、撮像部２が撮影しているエリア内に可視光通信光源があるかどうかを判定する（ステップ３２）。光源がある場合、表示部１１に可視光通信光源がある旨を表示する（ステップ３３）。図７（１）は、バス時刻表をカメラで映している画面を表し、撮影エリア内に４つの可視光通信光源があることを光源部分を強調することで示している。つづいて可視光通信光源が２つ以上あるか否かを判断し（ステップ３４）、光源が２つ以上ある場合、ユーザがキー操作によって光源の１つを選択することを待つ（ステップ３５）。ユーザがキー操作によって複数ある光源から１つを選択した場合（図７（２）で赤坂を選択した場合）、またはステップ３４において、可視光通信光源が１つしかない場合、低速データ復調部４は、選択された可視光通信光源から復号に必要なデータ（赤坂の光源の拡散符号）を取得し（ステップ３７）、記憶部９に記憶する。つづいてユーザによりダウンロードボタンが押下されたか否かを判断し（ステップ３８）、ダウンロードボタンが押下された場合（図７（２）のＤＬボタンが押下された場合）、受光部６を起動して受光を開始し、高速データ復調・復号部７は、記憶部９にある復号データを用いて選択された光源からデータの復号をし、ダウンロードを行い、得られた赤坂の時刻表データ（図７（３））を記憶部９に記憶し、表示部１１に表示する（ステップ３９）。
【００２８】
以上のようにしてユーザは４つの光源から赤坂の時刻表データのみを受信することができる。
【００２９】
ここではユーザのダウンロードボタンを押下後にダウンロードを開始しているが、一時バッファを設けておいて、撮像部で光源が検出され、符号を取得できた時点で、全ての光源から符号化された高速データを復号し、復号して得られたデータを一時バッファに一時的に保持しておき、ユーザが光源を選択した時点で直ちに対応するデータを表示するようにすれば、ユーザにとって時間の短縮となる。
【００３０】
また、図８は、光源の低速データの一部に光源のタイトルを含めたときの送信パターンを示す図である。低速データの一部に光源のタイトルを含めることで、図９に示すように、光源にタイトルを重ねて表示することでユーザにわかりやすく表示することができる。図９（１）は、時刻表表示板上部の停留所名表示板にある光源を選択して「バス停春日」のタイトルを表示したときの図であり、図９（２）は、時刻表表示板から東京の光源を選択して「行先東京」のタイトルを表示したときの図であり、図９（３）は、時刻表表示板から赤坂の光源を選択して「行先赤坂」のタイトルを表示したときの図である。
【００３１】
次に、２つの光源がある場合に１つの光源からデータを受信する第２の方法を説明する。上述した処理では、符号によって光源を分離して光源から信号を受信しているが、時分割で光源を分離して光源から信号を受信することもできる。図１０は、２つの光源（光源Ａ、光源Ｂ）から１つを選択する第２の方法を説明する図である。光源Ａと光源Ｂは、データを送信するタイミングが異なる。撮像部２が、タイムスロット０〜３で光源Ａから低速データ“００００”を受信すると、次は、受光部６が、タイムスロット４〜７で高速のデータを受信する。撮像部２が、タイムスロット４〜７で光源Ｂから低速データ“００００”を受信すると、次は、受光部６が、タイムスロット８〜１１で高速のデータを受信する。
【００３２】
このように、撮像部２が、低速データ“００００”を受信すると、次は、受光部６が、同じ時間だけ高速のデータを受信し、その後に低速データを受信するようにすれば、複数の光源がカメラで撮影された範囲内にあった場合にも、特定の１つの光源から高速でデータを受信することができる。
【００３３】
以上のように、本発明は、高速ＣＭＯＳカメラなど高価な機器を搭載することなく、通常の携帯電話機に搭載されている３０ｆｐｓ程度のＣＭＯＳカメラのほかに、可視光通信用の受光部を設けるといった簡単な構成によって、複数の可視光通信光源があった場合でも、ユーザの選択する特定の１つの光源からデータを受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の可視光受信装置のブロック図である。
【図２】送信機のブロック図である。
【図３】２つの光源（光源Ａ、光源Ｂ）から１つを選択する第１の方法を説明する図である。
【図４】光源Ａ、Ｂと受光部との位置関係を説明する図である。
【図５】可視光受信装置の制御部の動作を説明するフロー図である。
【図６】使用例を説明する図である。
【図７】使用例を説明する図である。
【図８】光源の低速データの一部に光源のタイトルを含めたときの送信パターンを示す図である。
【図９】使用例を説明する図である。
【図１０】２つの光源（光源Ａ、光源Ｂ）から１つを選択する第２の方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  可視光受信装置
２  撮像部
３  光源検出部
４  低速データ復調部
５  操作部
６  受光部
７  高速データ復調・復号部
８  同期捕捉部
９  記憶部
１０，２２  制御部
１１  表示部
２０  送信機
２１  記憶部
２３  低速データ入力部
２４  高速データ入力部
２５  符号化・変調部
２６  ＬＥＤ（可視光通信光源）
【図１】
0004610511.tif 000002
【図２】
0004610511.tif 000003
【図３】
0004610511.tif 000004
【図４】
0004610511.tif 000005
【図５】
0004610511.tif 000006
【図６】
0004610511.tif 000007
【図７】
0004610511.tif 000008
【図８】
0004610511.tif 000009
【図９】
0004610511.tif 000010
【図１０】
0004610511.tif 000011