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JP2010032267A - Light receiver and optical communication system - Google Patents

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JP2010032267A JP2008192712A JP2008192712A JP2010032267A JP 2010032267 A JP2010032267 A JP 2010032267A JP 2008192712 A JP2008192712 A JP 2008192712A JP 2008192712 A JP2008192712 A JP 2008192712A JP 2010032267 A JP2010032267 A JP 2010032267A
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芳樹 二宮
Kiyosumi Shirodono
清澄 城殿
Michihiko Ota
充彦 太田
Takanari Yamasato
敬也 山里
Toshiaki Fujii
俊彰 藤井
Tomohiro Marumichi
知博 圓道
Masayuki Tanimoto
正幸 谷本
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Abstract

【課題】簡易な装置構成で、伝送効率を低下させずに、距離を計測することができるようにする。
【解決手段】光受信装置の高速カメラによって、光送信装置のLEDアレイを撮像し、高速カメラによって撮像された画像を取得し(100)、取得した画像に基づいて、受信データを復調する(102)。復調された受信データが、同期用プリアンブルデータである場合には(104)、記憶された基準となる同期用プリアンブルデータを読み込み(108)、復調された同期用プリアングルデータと、読み込まれた基準となる同期用プリアンブルデータとを比較して、誤りデータ数を計測し、誤りビット率を算出する(110)。そして、距離決定テーブルを読み込み(112)、読み込んだ距離決定テーブルから、算出された誤りビット率に対応する距離を決定し、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測する(114)。
【選択図】図8
Disclosed is a simple apparatus configuration that can measure a distance without reducing transmission efficiency.
An LED array of an optical transmitter is imaged by a high-speed camera of an optical receiver, an image captured by the high-speed camera is acquired (100), and received data is demodulated based on the acquired image (102). ). When the demodulated received data is synchronization preamble data (104), the stored synchronization preamble data is read (108), the demodulated synchronization preamble data and the read reference are read The number of error data is measured by comparing with the synchronization preamble data, and the error bit rate is calculated (110). Then, the distance determination table is read (112), the distance corresponding to the calculated error bit rate is determined from the read distance determination table, and the distance to the LED array of the optical transmitter is measured (114).
[Selection] Figure 8

Description

本発明は、光受信装置及び光通信システムに係り、特に、複数の発光素子の点滅によって送信されたデータを受信すると共に、光送信装置との距離を計測する光受信装置及び光通信システムに関する。   The present invention relates to an optical receiver and an optical communication system, and more particularly to an optical receiver and an optical communication system that receive data transmitted by blinking a plurality of light emitting elements and measure a distance from the optical transmitter.

従来より、光通信で測距を行うシステムとして位置検出システムが知られている(たとえば、特許文献1)。この位置検出システムでは、トランスポンダが、基地局から送信される識別情報と測距用信号を光通信で受信する手段と、受信識別情報とトランスポンダ固有の識別情報が一致したときにこれらの情報を基地局に電波で送信する手段とを有している。また、3つ以上の基地局が、それぞれトランスポンダからの送信識別情報と測距用信号を受信する手段と、受信情報に基づいて、トランスポンダとの距離を測定する手段と、トランスポンダの識別情報と距離情報とを管理端末に送信する手段とを有している。そして、管理端末が、基地局から受信したトランスポンダの識別情報と距離情報とに基づいて、トランスポンダとの距離が近い少なくとも3つの基地局を検出し、検出した基地局の位置情報に基づいて、トランスポンダの位置を三角測量により特定している。このように、トランスポンダが、基地局から送信される識別情報と測距用信号とを光通信で受信し、これらの情報を基地局へ電波で送信することで、測距を実現している。
特開2005−241301
Conventionally, a position detection system is known as a system that performs distance measurement by optical communication (for example, Patent Document 1). In this position detection system, the transponder receives the identification information transmitted from the base station and the distance measurement signal by means of optical communication, and the received identification information and the transponder-specific identification information match the base information. Means for transmitting to the station by radio waves. In addition, three or more base stations respectively receive transmission identification information and ranging signals from the transponder, measure the distance to the transponder based on the received information, transponder identification information and distance Means for transmitting information to the management terminal. Then, the management terminal detects at least three base stations that are close to the transponder based on the transponder identification information and distance information received from the base station, and based on the detected base station position information, the transponder Is identified by triangulation. As described above, the transponder receives the identification information and the distance measurement signal transmitted from the base station by optical communication, and transmits the information to the base station by radio waves, thereby realizing distance measurement.
JP2005-241301

しかしながら、上記特許文献1に記載の技術では、測距を行うために、受信装置からも送信装置へ信号伝送を行わなければならないため、受信装置に、信号伝送のための装置が必要となる、という問題がある。   However, in the technique described in Patent Document 1, in order to perform ranging, it is necessary to perform signal transmission from the receiving apparatus to the transmitting apparatus, and thus the receiving apparatus requires a device for signal transmission. There is a problem.

また、測距のために測距用信号を伝送するため、測距用信号を伝送している間は情報データを伝送できず、伝送効率が低下してしまう、という問題がある。   In addition, since a ranging signal is transmitted for ranging, there is a problem in that information data cannot be transmitted while the ranging signal is transmitted, and transmission efficiency is reduced.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、簡易な装置構成で、伝送効率を低下させずに、距離を計測することができる光受信装置及び光通信システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an optical receiver and an optical communication system capable of measuring a distance with a simple apparatus configuration without reducing transmission efficiency. With the goal.

上記の目的を達成するために本発明に係る光受信装置は、送信データに応じて点灯される複数の発光素子が配列された光源の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて、前記送信データを復調する復調手段と、前記復調手段によって復調された前記送信データの誤り率又は誤り個数を算出する誤り算出手段と、前記誤り算出手段によって算出された誤り率又は誤り個数に基づいて、前記光源までの距離を計測する計測手段とを含んで構成されている。   In order to achieve the above object, an optical receiving apparatus according to the present invention includes: an imaging unit that images the plurality of light emitting elements of a light source in which a plurality of light emitting elements that are turned on according to transmission data are arranged; and the imaging unit Calculated by the demodulation means for demodulating the transmission data, the error calculation means for calculating the error rate or the number of errors of the transmission data demodulated by the demodulation means, and the error calculation means. Measuring means for measuring the distance to the light source based on the error rate or the number of errors.

本発明に係る光受信装置によれば、撮像手段によって、送信データに応じて点灯される複数の発光素子が配列された光源の複数の発光素子を撮像し、復調手段によって、撮像手段によって撮像された画像に基づいて、送信データを復調する。   According to the optical receiver of the present invention, the imaging unit captures the plurality of light emitting elements of the light source in which the plurality of light emitting elements that are turned on according to the transmission data are arranged, and the demodulation unit captures the images. The transmission data is demodulated based on the received image.

そして、誤り算出手段によって、復調手段によって復調された送信データの誤り率又は誤り個数を算出し、計測手段によって、誤り算出手段によって算出された誤り率又は誤り個数に基づいて、光源までの距離を計測する。   Then, the error calculation means calculates the error rate or the number of errors of the transmission data demodulated by the demodulation means, and the measurement means calculates the distance to the light source based on the error rate or the error number calculated by the error calculation means. measure.

このように、復調された送信データの誤り率又は誤り個数に基づいて、光源までの距離を計測することにより、簡易な装置構成で、伝送効率を低下させずに、距離を計測することができる。   As described above, by measuring the distance to the light source based on the error rate or the number of errors of the demodulated transmission data, the distance can be measured with a simple apparatus configuration without reducing the transmission efficiency. .

本発明に係る誤り算出手段は、復調手段によって復調された送信データと、送信データを記憶した記憶手段に記憶された送信データとを比較して、誤り率又は誤り個数を算出することができる。これによって、受信側で既知の送信データと復調された送信データとを比較して、誤り率又は誤り個数を算出することができる。   The error calculation means according to the present invention can calculate the error rate or the number of errors by comparing the transmission data demodulated by the demodulation means with the transmission data stored in the storage means storing the transmission data. As a result, it is possible to calculate the error rate or the number of errors by comparing the transmission data known on the receiving side with the demodulated transmission data.

本発明に係る光受信装置は、復調手段によって復調された送信データに対して、誤り訂正を行なう誤り訂正手段を更に含み、誤り算出手段は、復調手段によって復調された送信データと誤り訂正手段によって誤り訂正が行なわれた送信データとを比較して、誤り率又は誤り個数を算出することができる。これによって、誤り訂正が行なわれた送信データと誤り訂正が行なわれていない送信データとを比較して、誤り率又は誤り個数を算出することができる。   The optical receiver according to the present invention further includes error correction means for performing error correction on the transmission data demodulated by the demodulation means, and the error calculation means includes the transmission data demodulated by the demodulation means and the error correction means. The error rate or the number of errors can be calculated by comparing with transmission data subjected to error correction. Thus, the error rate or the number of errors can be calculated by comparing the transmission data subjected to error correction with the transmission data not subjected to error correction.

本発明に係る計測手段は、予め求めた距離と誤り率又は誤り個数との関係、及び誤り算出手段によって算出された誤り率又は誤り個数に基づいて、光源までの距離を計測することができる。   The measuring unit according to the present invention can measure the distance to the light source based on the relationship between the distance obtained in advance and the error rate or the number of errors, and the error rate or the number of errors calculated by the error calculating unit.

上記の光源は、複数の段階に分けられた空間周波数の各段階に対して点灯させる少なくとも一つの発光素子からなる発光素子群が定められ、送信データに応じた点灯パターンの空間周波数の段階に対応する発光素子群の発光素子を、送信データに応じて点灯させ、誤り算出手段は、段階毎に、送信データの誤り率又は誤り個数を算出し、計測手段は、誤り算出手段によって算出された段階毎の誤り率又は誤り個数に基づいて、光源までの距離を計測することができる。これによって、空間周波数の段階に応じて変動する誤り率又は誤り個数を考慮して、光源までの距離を精度よく計測することができる。   The above light source has a light emitting element group consisting of at least one light emitting element to be lit for each of the spatial frequency stages divided into a plurality of stages, and corresponds to the spatial frequency stage of the lighting pattern according to the transmission data The light emitting elements of the light emitting element group to be turned on according to the transmission data, the error calculating means calculates the error rate or the number of errors of the transmission data for each stage, and the measuring means is a stage calculated by the error calculating means The distance to the light source can be measured based on the error rate or the number of errors for each. This makes it possible to accurately measure the distance to the light source in consideration of the error rate or the number of errors that fluctuate according to the stage of the spatial frequency.

本発明に係る光通信システムは、複数の発光素子が配列された光源の複数の発光素子を送信データに応じて点灯させる光送信装置と、上記の光受信装置とを含んで構成されている。   An optical communication system according to the present invention includes an optical transmission device that turns on a plurality of light emitting elements of a light source in which a plurality of light emitting elements are arranged in accordance with transmission data, and the above-described optical reception device.

本発明に係る光通信システムによれば、光送信装置によって、複数の発光素子が配列された光源の複数の発光素子を送信データに応じて点灯させる。   According to the optical communication system of the present invention, the plurality of light emitting elements of the light source in which the plurality of light emitting elements are arranged are turned on according to the transmission data by the optical transmitter.

そして、光受信装置において、撮像手段によって、光源の複数の発光素子を撮像し、復調手段によって、撮像された画像に基づいて、送信データを復調する。そして、誤り算出手段によって、復調手段によって復調された送信データの誤り率又は誤り個数を算出し、計測手段によって、誤り算出手段によって算出された誤り率又は誤り個数に基づいて、光源までの距離を計測する。   In the optical receiver, the imaging unit images the plurality of light emitting elements of the light source, and the demodulation unit demodulates the transmission data based on the captured image. Then, the error calculation means calculates the error rate or the number of errors of the transmission data demodulated by the demodulation means, and the measurement means calculates the distance to the light source based on the error rate or the error number calculated by the error calculation means. measure.

このように、復調された送信データの誤り率又は誤り個数に基づいて、光源までの距離を計測することにより、簡易な装置構成で、伝送効率を低下させずに、距離を計測することができる。   As described above, by measuring the distance to the light source based on the error rate or the number of errors of the demodulated transmission data, the distance can be measured with a simple apparatus configuration without reducing the transmission efficiency. .

以上説明したように、本発明の光受信装置及び光通信システムによれば、復調された送信データの誤り率又は誤り個数に基づいて、光源までの距離を計測することにより、簡易な装置構成で、伝送効率を低下させずに、距離を計測することができる、という効果が得られる。   As described above, according to the optical receiver and the optical communication system of the present invention, by measuring the distance to the light source based on the error rate or the number of errors of the demodulated transmission data, the simple apparatus configuration can be obtained. The effect is obtained that the distance can be measured without reducing the transmission efficiency.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、車両に搭載された車載カメラと、LED信号機との間で、光通信によってデータを送受信する光通信システムに、本発明を適用した場合を例に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to an optical communication system that transmits and receives data by optical communication between an in-vehicle camera mounted on a vehicle and an LED traffic light will be described as an example.

図1に示すように、第1の実施の形態に係る光通信システム10は、例えば、LED信号機を用いて構成され、LED信号機のLEDを高速に点滅させてデータを送信する光送信装置12と、車両に搭載された車載カメラを用いて構成され、車載カメラによって光送信装置12のLEDを撮像してデータを受信する光受信装置14とを備えている。   As shown in FIG. 1, the optical communication system 10 according to the first embodiment is configured using, for example, an LED traffic light, and an optical transmission device 12 that transmits data by blinking LEDs of the LED traffic light at high speed. And an optical receiver 14 that is configured using an in-vehicle camera mounted on a vehicle and that receives data by imaging an LED of the optical transmitter 12 by the in-vehicle camera.

図2に示すように、光送信装置12は、LED信号機に設けられ、かつ、複数のLEDを二次元配列(例えば、16×16)した発光源としてのLEDアレイ16と、送信データ生成装置18から送信データを入力するためのインタフェース20と、インタフェース20によって入力された送信データに基づいて、LEDアレイ16の各LEDを駆動するための駆動信号を生成する信号生成部22と、信号生成部22によって生成された駆動信号に基づいて、LEDアレイ16の各LEDを駆動する駆動回路24とを備えている。各LEDは、多量のデータを送信するために、高速にスイッチング(オンオフ)される。   As shown in FIG. 2, the optical transmission device 12 is provided in an LED traffic light, and an LED array 16 as a light source in which a plurality of LEDs are two-dimensionally arranged (for example, 16 × 16), and a transmission data generation device 18. The interface 20 for inputting transmission data from the signal generator, the signal generation unit 22 for generating a drive signal for driving each LED of the LED array 16 based on the transmission data input by the interface 20, and the signal generation unit 22 And a drive circuit 24 for driving each LED of the LED array 16 on the basis of the drive signal generated by. Each LED is switched (on / off) at high speed in order to transmit a large amount of data.

光送信装置12のLEDアレイ16の複数のLEDは、任意の形に並べられている。また、送信すべきデータが、各LEDの輝度の変化に変調される。LEDは、点灯及び消灯によって輝度を変化させるが、本実施の形態では、その輝度を高速に変化させるため、人間の目では輝度の変化をはっきりと見ることが出来ない。また、並べられたLED全てを用いる必要はなく、一部のLEDのみの輝度を変化させるようにしてもよい。   The plurality of LEDs of the LED array 16 of the optical transmitter 12 are arranged in an arbitrary shape. Also, the data to be transmitted is modulated to the change in brightness of each LED. The luminance of the LED changes depending on whether it is turned on or off. In this embodiment, the luminance is changed at high speed, so that the change in luminance cannot be clearly seen by human eyes. Moreover, it is not necessary to use all the arranged LEDs, and the luminance of only some of the LEDs may be changed.

ここで、LEDの輝度は光の強さを表し、複数のLEDの各々の輝度の変化を用いて情報が伝送される。LEDの輝度の変化は、LEDの点灯時間の変化によって実現される。   Here, the luminance of the LED represents the intensity of light, and information is transmitted using a change in luminance of each of the plurality of LEDs. The change in the luminance of the LED is realized by a change in the lighting time of the LED.

光送信装置12の信号生成部22は、コンピュータで構成され、CPU、プログラムを記憶したROM、データ等を記憶するRAM、HDD、データの入出力を行なうためのI/Oポート、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。   The signal generation unit 22 of the optical transmission device 12 is configured by a computer, and is connected to a CPU, a ROM that stores programs, a RAM that stores data, an HDD, an I / O port for inputting and outputting data, and the like. It is configured to include a bus.

信号生成部22は、送信データ生成装置18で生成された送信データに基づいて、輝度係数xu,vを算出する。ここで、下付き文字u,vは、u行v列の位置に配置されているLEDを表わす。この輝度係数xu,vに応じて、u行v列の位置に配置されているLEDの輝度が駆動され、光伝送が行われる。 The signal generation unit 22 calculates the luminance coefficient x u, v based on the transmission data generated by the transmission data generation device 18. Here, the subscripts u and v represent LEDs arranged at the position of u rows and v columns. In accordance with the luminance coefficient x u, v , the luminance of the LED arranged at the position of u row and v column is driven, and light transmission is performed.

信号生成部22は、入力された送信データに基づき、LEDを駆動するための輝度値を算出する。ここで、この操作を符号化と呼ぶことにする。また、送信データ生成装置18で生成される送信データが64ビット同時に処理される場合を考え、送信データをdm,nと表わす。ただしm,n=1,2,・・・,8である。 The signal generator 22 calculates a luminance value for driving the LED based on the input transmission data. Here, this operation is called encoding. Further, considering the case where the transmission data generated by the transmission data generation device 18 is simultaneously processed by 64 bits, the transmission data is represented as dm , n . However, m, n = 1, 2,...

符号化を行うにあたり、送信データを以下の(1)式に示すような8×8の行列形に配置する。   In encoding, transmission data is arranged in an 8 × 8 matrix as shown in the following equation (1).

ただし、D11、D12、D21、D22はそれぞれ4×4の正方行列であり、dm,n={−1、1}である。   However, D11, D12, D21, and D22 are 4 × 4 square matrices, respectively, and dm, n = {− 1, 1}.

信号生成部22は、2次元高速ハールウェーブレット変換(2D FHWT)を用いて符号化を行なう。信号生成部22を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図3に示すように、データが持つ空間周波数成分に応じて、送信データを各LEDに割り当てるマッピング部30と、各LEDに割り当てられた送信データに対して、2次元高速ウェーブレッド逆変換(2D IFHWT)を行うウェーブレット逆変換部32と、2次元高速ウェーブレッド逆変換されたデータの正規化を行うと共に、バイアスを付加する正規化バイアス付加部34と、正規化バイアス付加部34の出力データに基づいて、駆動信号を生成する駆動信号生成部36とを備えている。   The signal generation unit 22 performs encoding using a two-dimensional high-speed Haar wavelet transform (2D FHWT). If the signal generation unit 22 is described with function blocks divided for each function realization means determined based on hardware and software, as shown in FIG. 3, each transmission data is transmitted according to the spatial frequency component of the data. Mapping unit 30 assigned to LEDs, wavelet inverse transform unit 32 that performs two-dimensional high-speed wave red inverse transform (2D IFHWT) on transmission data assigned to each LED, and data subjected to two-dimensional high-speed wave red inverse transform And a normalizing bias adding unit 34 for adding a bias, and a driving signal generating unit 36 for generating a driving signal based on the output data of the normalizing bias adding unit 34.

マッピング部30は、送信データを、3段階の空間周波数成分の点灯パターンを持つデータに分けて、複数のLEDに割り当てる。例えば、上記(1)式におけるD11の部分に対応するLED群に、低い空間周波数成分の点灯パターンを持つデータが割り当てられ、この部分の合計のデータレートは例えば16Rbである。また、D12とD21との部分に対応するLED群には、それほど高くない空間周波数成分の点灯パターンを持つデータが割り当てられ、この部分の合計のデータレートは例えば32Rbである。また、D22の部分に対応するLED群には、高い空間周波数成分の点灯パターンを持つデータが割り当てられ、この部分の合計のデータレートは例えば16Rbである。   The mapping unit 30 divides the transmission data into data having lighting patterns of three stages of spatial frequency components and allocates the data to a plurality of LEDs. For example, data having a lighting pattern with a low spatial frequency component is assigned to the LED group corresponding to the portion D11 in the equation (1), and the total data rate of this portion is, for example, 16 Rb. Further, the LED group corresponding to the portions of D12 and D21 is assigned data having a lighting pattern of a spatial frequency component that is not so high, and the total data rate of this portion is, for example, 32 Rb. Further, data having a lighting pattern with a high spatial frequency component is assigned to the LED group corresponding to the portion D22, and the total data rate of this portion is, for example, 16 Rb.

ウェーブレット逆変換部32は、上記(1)式の形になった送信データに対して、スケール1の2次元高速ハールウェーブレット逆変換を行う。逆変換後、送信データと同じく8×8の行列が得られ、出力行列の各要素x´u,vは以下の(2)式で表される。 The wavelet inverse transform unit 32 performs scale 1 two-dimensional high-speed Haar wavelet inverse transform on the transmission data in the form of the above equation (1). After the inverse transformation, an 8 × 8 matrix is obtained as with the transmission data, and each element x ′ u, v of the output matrix is expressed by the following equation (2).

ここで、H m,n は、以下の(3)式に示すような8×8の行列Hのm行n列の要素を表す。 Here, H 8 m, n represents an element of m rows and n columns of an 8 × 8 matrix H 8 as shown in the following equation (3).

上記のx´u,v の取り得る値の範囲は、−2≦x´u,v≦2である。x´u,v の取り得る値を0から1の範囲にするために、正規化バイアス付加部34は、以下の(4)式のように、バイアスを加えた後に正規化する。 The range of values that x ′ u, v can take is −2 ≦ x ′ u, v ≦ 2. In order to make the value of x ′ u, v take a range from 0 to 1, the normalization bias adding unit 34 normalizes after applying a bias as shown in the following equation (4).

上述した処理の結果、xu,v の取り得る値は、{0,1/4,1/2,3/4,1}の5通りとなる。 As a result of the processing described above, there are five possible values of x u, v {0, 1/4, 1/2, 3/4, 1}.

駆動回路24は、信号生成部22によって生成された駆動信号に基づいて、LEDアレイ16を点滅させて、送信すべきデータを送信する。   The drive circuit 24 blinks the LED array 16 based on the drive signal generated by the signal generator 22 and transmits data to be transmitted.

光受信装置14は、図4に示すように、車載の光通信用カメラ(2次元イメージセンサ)で構成され、かつ、光送信装置12のLEDアレイ16を高速に連続して撮像する高速カメラ40と、高速カメラ40によって撮像された画像データに対して、種々の画像処理を行って、デジタルデータである画像を生成すると共に、生成された画像に基づいて、データ復調を行なう画像処理部42とを備えている。光受信装置14は、画像処理部42の出力データを、出力装置60に出力する。   As shown in FIG. 4, the optical receiver 14 is composed of an in-vehicle optical communication camera (two-dimensional image sensor), and the high-speed camera 40 that continuously captures the LED array 16 of the optical transmitter 12 at high speed. And an image processing unit 42 that performs various image processing on the image data captured by the high-speed camera 40 to generate an image that is digital data, and that performs data demodulation based on the generated image. It has. The optical receiving device 14 outputs the output data of the image processing unit 42 to the output device 60.

高速カメラ40は、レンズ等の光学系44と、CCDイメージセンサ又はCMOSイメージセンサで構成される撮像素子46と、及び撮像素子46からの出力信号に基づいて、撮像した画像データを生成する信号処理回路48とを備えている。   The high-speed camera 40 includes an optical system 44 such as a lens, an image sensor 46 composed of a CCD image sensor or a CMOS image sensor, and signal processing for generating captured image data based on an output signal from the image sensor 46. Circuit 48.

高速カメラ40は、光送信装置12のLEDアレイ16の点滅を撮像し、LEDアレイ16の各LEDの輝度は、LEDの点灯時間の変化で表されるため、LEDの輝度を撮影するために、高速カメラ40は、1シンボル期間の点灯の変化を捉えて、LEDの輝度を検出する。   The high-speed camera 40 captures the blinking of the LED array 16 of the optical transmission device 12, and the brightness of each LED of the LED array 16 is represented by a change in the lighting time of the LED. The high-speed camera 40 detects the luminance of the LED by detecting the change in lighting during one symbol period.

画像処理部42は、コンピュータで構成され、CPU、プログラムを記憶したROM、データ等を記憶するRAM、HDD、高速カメラ40とデータの入出力を行なうためのI/Oポート、及びこれらを接続するバスを含んで構成されている。   The image processing unit 42 is configured by a computer, and connects a CPU, a ROM storing programs, a RAM storing data, an HDD, an I / O port for inputting / outputting data to / from the high-speed camera 40, and the like. It is configured to include a bus.

画像処理部42は、適切な処理を施すことでLEDに関する相対位置(u行v列に関する情報)と輝度値に関する情報Ru,vとを得る。以下、このRu,vから送信データを再生することを復調と呼ぶ。 The image processing unit 42 performs appropriate processing to obtain a relative position regarding the LED (information regarding u rows and v columns) and information R u, v regarding the luminance value. Hereinafter, the reproduction of transmission data from this R u, v is referred to as demodulation.

画像処理部42をハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、図5に示すように、高速カメラ40によって撮像された画像からLED1つ1つの位置を検出すると共に、各LEDの輝度値を取得する輝度値取得部62と、取得した各LEDの輝度値に逆バイアスを加える逆バイアス部64と、逆バイアスが加えられた各LEDの輝度値に対して、2次元高速ハールウェーブレット変換(2D FHWT)を行なうウェーブレット変換部66と、2次元高速ハールウェーブレット変換を行なった各LEDの輝度値について、値が0より大きいか否かを判定して、各LEDの輝度を+1、−1で表わされる出力データに変換する閾値判定部68と、±1で表わされる出力データに基づいて、受信データ系列を生成するデータ生成部70とを備えている。   When the image processing unit 42 is described by function blocks divided for each function realization means determined based on hardware and software, the position of each LED is determined from the image captured by the high-speed camera 40 as shown in FIG. A luminance value acquisition unit 62 that detects and acquires a luminance value of each LED, a reverse bias unit 64 that applies a reverse bias to the acquired luminance value of each LED, and a luminance value of each LED to which the reverse bias is applied Then, the wavelet transform unit 66 that performs the two-dimensional high-speed Haar wavelet transform (2D FHWT) and the luminance value of each LED that has performed the two-dimensional high-speed Haar wavelet transform determine whether the value is greater than 0, Based on the threshold value determination unit 68 that converts the luminance of the LED into output data represented by +1 and −1, and the output data represented by ± 1 And a data generation unit 70 for generating a reception data sequence.

輝度値取得部62は、撮像された画像から、LEDアレイ16の位置を検出し、1つのLEDが光っている範囲を見付け、LEDの位置を検出すると共に、見付かった範囲から、輝度値を検出する。   The luminance value acquisition unit 62 detects the position of the LED array 16 from the captured image, finds the range where one LED is shining, detects the position of the LED, and detects the luminance value from the found range. To do.

また、撮像画像から得られたRu,vを8×8の正方行列とすると、逆バイアス部64は、以下の(5)式のように、行列のそれぞれの要素x´u,vに逆バイアスを加える。 If R u, v obtained from the captured image is an 8 × 8 square matrix, the reverse bias unit 64 reverses each element x ′ u, v of the matrix as shown in the following equation (5). Add a bias.

ただし、bはバイアス値であり、以下の(6)式に示すようにRu,v の平均値から算出される値である。なお、本実施の形態では、適切なバイアス値を求めるために時間的に平均する必要もあるため、時間のパラメータi を考慮して計算している。 However, b is a bias value, and is a value calculated from the average value of R u, v as shown in the following equation (6). In this embodiment, since it is necessary to average over time in order to obtain an appropriate bias value, the calculation is performed in consideration of the time parameter i.

ウェーブレット変換部66は、逆バイアスを加えた行列に対して、以下の(7)式のように、2次元高速ハールウェーブレッド変換(2D FHWT)を行なう。   The wavelet transform unit 66 performs two-dimensional high-speed Haar wave red transform (2D FHWT) on the matrix to which the reverse bias is applied, as shown in the following equation (7).

閾値判定部68は、閾値判定を行い、出力データを得る。上記(7)のd´m,nのハットが正の値であれば、dm,nのハットの推定値d´m,nのハットを1とし、d´m,nのハットが負の値であれば、dm,nのハットの推定値dm,nのハットを−1として、出力データに変換する。 The threshold determination unit 68 performs threshold determination and obtains output data. If the value of d'm, hat n is positive above (7), d m, estimates d'm hat of n, and 1 hat n, d'm, hat n is negative if the value, d m, an estimate of hat n d m, a hat of n as -1, into an output data.

また、画像処理部42は、所定の送信データ(例えば、同期用プリアンブルデータ)を記憶したデータ記憶部72と、データ生成部70によって生成された受信データ、及びデータ記憶部72に記憶された送信データを比較して、受信データの品質としてビット誤り率を算出する誤り率算出部74と、ビット誤り率と光送信装置12のLEDアレイ16までの距離との関係を表わした距離決定テーブルデータを記憶したテーブル記憶部76と、算出されたビット誤り率及び距離決定テーブルデータに基づいて、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離を計測する距離計測部78とを備えている。   In addition, the image processing unit 42 includes a data storage unit 72 that stores predetermined transmission data (for example, synchronization preamble data), reception data generated by the data generation unit 70, and transmission stored in the data storage unit 72. An error rate calculation unit 74 that compares the data and calculates the bit error rate as the quality of the received data, and distance determination table data that represents the relationship between the bit error rate and the distance to the LED array 16 of the optical transmission device 12 The stored table storage unit 76 and a distance measurement unit 78 that measures the distance to the LED array 16 of the optical transmission device 12 based on the calculated bit error rate and distance determination table data are provided.

ここで、本実施の形態の原理について説明する。説明を簡単にするため、光送信装置12によって次の2つの点灯パターンによって伝送する場合を考える。2つの点灯パターンは、図6(A)に示すような空間周波数成分が高い点灯パターンと、図6(B)に示すような空間周波数成分が低い点灯パターンとである。これらの点灯パターンは、光送信装置12のLEDアレイ16の各LEDの輝度値を制御することで生成される。すなわち、点灯パターンは、送信データに依存する。   Here, the principle of the present embodiment will be described. In order to simplify the description, consider a case where transmission is performed by the optical transmitter 12 using the following two lighting patterns. The two lighting patterns are a lighting pattern with a high spatial frequency component as shown in FIG. 6 (A) and a lighting pattern with a low spatial frequency component as shown in FIG. 6 (B). These lighting patterns are generated by controlling the luminance value of each LED of the LED array 16 of the optical transmitter 12. That is, the lighting pattern depends on the transmission data.

上記の空間周波数成分が高い点灯パターンが伝送された場合には、光受信装置14の高速カメラ40によって、図6(C)に示すような空間周波数成分が高い画像が撮像され、上記の空間周波数が低い点灯パターンが伝送された場合には、光受信装置14の高速カメラ40によって、図6(D)に示すような空間周波数が低い画像が撮像される。   When the lighting pattern having a high spatial frequency component is transmitted, the high-speed camera 40 of the optical receiver 14 captures an image having a high spatial frequency component as shown in FIG. When a low lighting pattern is transmitted, the high-speed camera 40 of the optical receiver 14 captures an image with a low spatial frequency as shown in FIG.

このように、LEDアレイ16の個々のLEDを個別に変調した場合、点灯パターンの空間周波数成分に応じて、撮像される画像の空間周波数が高くなる場合と低くなる場合とがある。   As described above, when the individual LEDs of the LED array 16 are individually modulated, the spatial frequency of the image to be captured may be increased or decreased depending on the spatial frequency component of the lighting pattern.

次に、それぞれの点灯パターンによる送信データを、光送信装置12のLEDアレイ16との距離を変えて受信する場合について説明する。   Next, the case where the transmission data by each lighting pattern is received by changing the distance from the LED array 16 of the light transmission device 12 will be described.

光送信装置12のLEDアレイ16との距離が近い場合には、高速カメラ40で撮像された画像によって、光送信装置12のLEDアレイ16の個々のLEDを、くっきりと判別することができる。このため、図6(A)に示すように空間周波数が高い点灯パターンをしっかり捉えることができる。   When the distance from the LED array 16 of the optical transmission device 12 is short, the individual LEDs of the LED array 16 of the optical transmission device 12 can be clearly discriminated by the image captured by the high-speed camera 40. For this reason, as shown to FIG. 6 (A), the lighting pattern with a high spatial frequency can be caught firmly.

また、光送信装置12のLEDアレイ16を、15m離れた位置から高速カメラ40によって撮像した場合には、図7(A)に示すように、撮像画像によって、光送信装置12のLEDアレイ16の各々のLEDをきれいに判別することができる。これより、空間周波数が高い点灯パターンを正確に受信できる。なお、上記図7(A)におけるLEDアレイ16の点灯パターンは、全てのLEDが点灯しているパターンである。   Further, when the LED array 16 of the optical transmission device 12 is imaged by the high-speed camera 40 from a position 15 m away, as shown in FIG. Each LED can be clearly distinguished. Thus, a lighting pattern having a high spatial frequency can be accurately received. Note that the lighting pattern of the LED array 16 in FIG. 7A is a pattern in which all LEDs are lit.

一方、光送信装置12のLEDアレイ16との距離が遠い場合には、高速カメラ40によって撮像された画像で、光送信装置12のLEDアレイ16の個々のLEDを、くっきりと判別することが困難である。LEDアレイ16との距離が遠い場合には、たとえ、ある程度の間隔を設けてLEDが配置されているLEDアレイであっても、高速カメラ40によって、複数のLEDをひとつの点光源としてしか捉えることができないためである。   On the other hand, when the distance from the LED array 16 of the optical transmission device 12 is long, it is difficult to clearly distinguish the individual LEDs of the LED array 16 of the optical transmission device 12 from the image captured by the high-speed camera 40. It is. When the distance from the LED array 16 is far, even if the LED array is arranged with a certain distance, the high-speed camera 40 captures a plurality of LEDs as only one point light source. This is because they cannot.

言い換えると、LEDアレイ16との距離が遠い位置で、光受信装置14がデータを受信する場合、高速カメラ40の撮像画像において、複数の点光源が重なって捉えられるため、空間周波数の高周波成分が失われてしまうことになる。   In other words, when the optical receiver 14 receives data at a position far from the LED array 16, a plurality of point light sources are captured and overlapped in the captured image of the high-speed camera 40, so that the high-frequency component of the spatial frequency is It will be lost.

光送信装置12のLEDアレイ16を、50m離れた位置から高速カメラ40によって撮像した場合には、図7(B)に示すように、撮像画像において、個々のLEDが重なってしまうため、ぼやけており、空間周波数の高周波成分が失われてしまう。   When the LED array 16 of the optical transmission device 12 is imaged by the high-speed camera 40 from a position 50 m away, as shown in FIG. Therefore, the high frequency component of the spatial frequency is lost.

以上説明したように、通信距離と撮像画像の空間周波数との間には、通信距離が伸びるほど、撮像画像において高い空間周波数成分が減少する関係があることが分かる。これは、通信路が、通信距離に応じた低域通過フィルタでモデル化できることを意味している。すなわち、光受信装置14の高速カメラ40で撮像した画像が持つ空間周波数成分を解析することで、通信距離の推定が可能となる。   As described above, it can be seen that there is a relationship between the communication distance and the spatial frequency of the captured image in which the higher spatial frequency component decreases in the captured image as the communication distance increases. This means that the communication path can be modeled with a low-pass filter corresponding to the communication distance. That is, the communication distance can be estimated by analyzing the spatial frequency component of the image captured by the high-speed camera 40 of the optical receiver 14.

また、光受信装置14において復調した受信データの品質と、高速カメラ40によって撮像した画像が持つ空間周波数成分との間には、受信データの品質が低くなるほど、撮像画像が持つ空間周波数成分が低くなり、受信データの品質が高くなるほど、撮像画像が持つ空間周波数成分が高くなる関係がある。   Also, between the quality of the received data demodulated by the optical receiver 14 and the spatial frequency component of the image captured by the high-speed camera 40, the lower the received data quality, the lower the spatial frequency component of the captured image. Thus, the higher the quality of the received data, the higher the spatial frequency component of the captured image.

そこで、本実施の形態では、画像処理部42において、復調された受信データの信頼性に基づいて、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離を計測する。例えば、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離が遠い場合には、受信データの品質が低く、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離が近い場合には、受信データの品質が高くなる。このように、受信データの品質を求めることで、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離を計測する。   Therefore, in the present embodiment, the image processing unit 42 measures the distance to the LED array 16 of the optical transmission device 12 based on the reliability of the demodulated reception data. For example, when the distance to the LED array 16 of the light transmission device 12 is long, the quality of the reception data is low, and when the distance to the LED array 16 of the light transmission device 12 is short, the quality of the reception data is high. . Thus, the distance to the LED array 16 of the optical transmitter 12 is measured by obtaining the quality of the received data.

データ記憶部72には、比較対象の基準となる送信データとして、同期用プリアンブルデータを記憶しておく。   The data storage unit 72 stores synchronization preamble data as transmission data serving as a reference for comparison.

誤り率算出部74は、復調された受信データのうちの同期用プリアンブルデータと、記憶された同期用プリアンブルデータとを比較して、誤ったデータ数を求め、誤りデータ数を全受信データ数で除算することで、受信データ品質としてのビット誤り率を算出する。   The error rate calculation unit 74 compares the synchronization preamble data of the demodulated received data with the stored synchronization preamble data to obtain the number of erroneous data, and calculates the number of error data as the total number of received data. By dividing, a bit error rate as reception data quality is calculated.

テーブル記憶部76には、予め実験等により求められたビット誤り率と、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離との関係を表わした距離決定テーブルを記憶しておく。   The table storage unit 76 stores a distance determination table that represents the relationship between the bit error rate obtained in advance by experiments or the like and the distance to the LED array 16 of the optical transmitter 12.

次に、第1の実施の形態に係る光通信システム10の作用について説明する。まず、送信データ生成装置18によって送信データが生成され、光送信装置12に入力される。そして、光送信装置12において、入力された送信データに応じた点滅パターンで、LEDアレイ16を点滅させて、データの伝送を行なう。   Next, the operation of the optical communication system 10 according to the first embodiment will be described. First, transmission data is generated by the transmission data generation device 18 and input to the optical transmission device 12. Then, in the optical transmission device 12, the LED array 16 is blinked in a blinking pattern corresponding to the input transmission data, and data is transmitted.

また、光受信装置14において、高速カメラ40によって、光送信装置12のLEDアレイ16を連続して撮像する。そして、画像処理部42において、図8に示す通信測距処理ルーチンを実行する。   In the optical receiver 14, the LED array 16 of the optical transmitter 12 is continuously imaged by the high-speed camera 40. Then, the image processing unit 42 executes a communication distance measurement processing routine shown in FIG.

まず、ステップ100において、高速カメラ40によって撮像された画像を取得し、ステップ102において、上記ステップ100で取得した画像に基づいて、受信データを復調する。   First, in step 100, an image captured by the high-speed camera 40 is acquired, and in step 102, received data is demodulated based on the image acquired in step 100.

そして、ステップ104において、上記ステップ102で復調された受信データが、同期用プリアンブルデータであるか否かを判定し、同期用プリアンブルデータでない場合には、ステップ106で、上記ステップ102で復号化された受信データを、受信データ系列として出力装置60に出力して、上記ステップ100へ戻る。   In step 104, it is determined whether or not the received data demodulated in step 102 is synchronization preamble data. If the received data is not synchronization preamble data, it is decoded in step 106 in step 106. The received data is output to the output device 60 as a received data series, and the process returns to step 100.

一方、上記ステップ104で、復調された受信データが、同期用プリアンブルデータである場合には、ステップ108において、データ記憶部72に記憶された基準となる同期用プリアンブルデータを読み込む。   On the other hand, if the demodulated reception data is the synchronization preamble data in step 104, the reference synchronization preamble data stored in the data storage unit 72 is read in step 108.

そして、ステップ110において、上記ステップ102で復調された同期用プリアングルデータと、上記ステップ108で読み込まれた基準となる同期用プリアンブルデータとを比較して、誤りデータ数を計測し、誤りデータ数及び全受信データ数に基づいて、誤りビット率を算出する。   In step 110, the synchronization pre-angle data demodulated in step 102 is compared with the reference synchronization preamble data read in step 108, and the number of error data is measured. The error bit rate is calculated based on the total number of received data.

次のステップ112では、テーブル記憶部76から、距離決定テーブルを読み込み、ステップ114において、上記ステップ112で読み込んだ距離決定テーブルから、上記ステップ110で算出された誤りビット率に対応する距離を決定し、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離を計測する。   In the next step 112, the distance determination table is read from the table storage unit 76. In step 114, the distance corresponding to the error bit rate calculated in step 110 is determined from the distance determination table read in step 112. The distance to the LED array 16 of the optical transmitter 12 is measured.

そして、ステップ116において、上記ステップ114で計測された距離を出力装置60に出力して、上記ステップ100へ戻る。   In step 116, the distance measured in step 114 is output to the output device 60, and the process returns to step 100.

次に、本実施の形態に係る距離計測方法に関する実験結果について説明する。   Next, experimental results regarding the distance measurement method according to the present embodiment will be described.

実験は、試作した光送信装置を用いて行なった。この試作した光送信装置は、送信データ生成装置及び信号生成部を実現するFPGA、駆動回路(Driver Circuit)、及びLEDアレイで構成した。   The experiment was performed using a prototype optical transmitter. This prototype optical transmission device is composed of an FPGA that realizes a transmission data generation device and a signal generation unit, a drive circuit (Driver Circuit), and an LED array.

光送信装置では、FPGAと駆動回路とをI/Oポートで接続し、駆動回路をLEDアレイに接続した。個々のLEDは、実際のLED信号機で用いられているものを用い、また、実際のLED信号機よりLEDの数が少なく、かつ、LEDの間隔(2cm)が実際のLED信号機のLED配置と同じLEDアレイを用いた。   In the optical transmitter, the FPGA and the drive circuit are connected by an I / O port, and the drive circuit is connected to the LED array. The individual LEDs are the same as those used in actual LED traffic lights, the number of LEDs is smaller than that of actual LED traffic lights, and the LED spacing (2 cm) is the same as the LED layout of actual LED traffic lights. An array was used.

また、光送信装置では、送信データに対して64ビットごとに符号化を行なった。64ビットのデータを、データに応じた点灯パターンが持つ空間周波数成分ごとに3グループに分割し、スケール1の2次元高速ハールウェーブレット逆変換を行うことで、データを空間周波数軸上に割り当てた。その後、正規化した後バイアスを加え、非負の値にしてLEDの輝度を変調した。   In the optical transmission apparatus, transmission data is encoded every 64 bits. The 64-bit data was divided into three groups for each spatial frequency component of the lighting pattern corresponding to the data, and the scale 1 two-dimensional high-speed Haar wavelet inverse transform was performed to assign the data on the spatial frequency axis. Then, after normalization, a bias was added to modulate the brightness of the LED to a non-negative value.

また、実験で用いた光受信装置は、光通信用カメラと画像処理装置であるPCとで構成した。光受信装置では、まず光通信用カメラで光送信装置のLEDアレイの画像を撮影した。そして、撮影された画像に対して画像処理を行い、各LEDに対応する輝度値を求めて、輝度値に逆バイアスをかけた。そして、求められた数値に対してスケール1の2次元高速ハールウェーブレット変換を行い、その後閾値判定を行い、受信データ系列を得た。   The optical receiver used in the experiment was composed of an optical communication camera and a PC as an image processing apparatus. In the optical receiver, first, an image of the LED array of the optical transmitter was taken with an optical communication camera. Then, image processing was performed on the photographed image to obtain a luminance value corresponding to each LED, and a reverse bias was applied to the luminance value. Then, a two-dimensional high-speed Haar wavelet transform with a scale of 1 was performed on the obtained numerical value, and then a threshold value was determined to obtain a received data series.

また、実験諸元を以下に示す。実験は、室内で行ない、LEDの点灯周期を1/2000sとし、データレートを128kbpsとした。また、光通信用カメラの撮影速度を4000fps(LED点灯周波数の2倍)とし、光通信用カメラの画素数を160 x 128pixelとし、レンズのフォーカスを無限遠とした。また、レンズの焦点距離を35mm、レンズの絞りを3.5、通信距離を10〜50mとした。また、室内の蛍光灯を全て点灯させた状態で実験を行った。   The experimental specifications are shown below. The experiment was performed indoors, the LED lighting cycle was 1/2000 s, and the data rate was 128 kbps. In addition, the photographing speed of the optical communication camera was set to 4000 fps (twice the LED lighting frequency), the number of pixels of the optical communication camera was set to 160 × 128 pixels, and the focus of the lens was set to infinity. The focal length of the lens was 35 mm, the aperture of the lens was 3.5, and the communication distance was 10 to 50 m. The experiment was conducted with all the fluorescent lamps in the room turned on.

次に、実験結果について説明する。光送信装置のLEDアレイと光受信装置との通信距離が、10m、30m、及び50mの各々である場合に、光受信装置において、図9(A)〜(C)に示す受信画像が撮像された。上記図9の画像は、いずれも光送信装置の64個のLEDが全て最大輝度で点灯しているときに撮影されたものである。   Next, experimental results will be described. When the communication distance between the LED array of the optical transmission device and the optical reception device is 10 m, 30 m, and 50 m, the received images shown in FIGS. 9A to 9C are captured in the optical reception device. It was. The images in FIG. 9 are all taken when all 64 LEDs of the optical transmission device are lit at the maximum brightness.

通信距離が10mである場合には、受信画像内のLED64個の領域が示すピクセル数は、46×46pixelであり、通信距離が50mである場合には、受信画像内のLED64個の領域が示すピクセル数は、11×11pixelであった。また、通信距離が30mである場合には、受信画像内のLED64個の領域が示すピクセル数は、15×15pixelとなっており、LEDひとつあたり約2×2pixelのサイズになった。   When the communication distance is 10 m, the number of pixels indicated by the 64 LED areas in the received image is 46 × 46 pixels, and when the communication distance is 50 m, the 64 LED areas in the received image indicate. The number of pixels was 11 × 11 pixels. When the communication distance is 30 m, the number of pixels indicated by the 64 LED regions in the received image is 15 × 15 pixels, and the size is about 2 × 2 pixels per LED.

なお、実験では、カメラレンズのフォーカスを無限遠に設定し、ズームは固定のままにした。このため、通信距離が遠くなれば、画像内のLEDのサイズが小さくなった。   In the experiment, the focus of the camera lens was set to infinity and the zoom was fixed. For this reason, when the communication distance is increased, the size of the LED in the image is reduced.

上記の実験において、通信距離を変えて、上記(1)式のD11の部分に対応するLED群に割り当てられた低い空間周波数成分の点灯パターンを持つデータ、D12、D21の部分に対応するLED群に割り当てられた中ぐらい空間周波数成分の点灯パターンを持つデータ、及びD22の部分に対応するLED群に割り当てられた高い空間周波数成分の点灯パターンを持つデータの各々についてビット誤り率を算出すると、図10に示すような通信距離とビット誤り率との関係が得られた。通信距離が30mよりも短い場合には、いずれの空間周波数成分の点灯パターンを持つデータにおいても、誤りが発生しなかった。すなわち、全てのデータが誤り無く受信できるのは通信距離が30mとなる位置までであり、ビット誤り率に基づいて、30mより遠い通信距離の推定が可能になることがわかった。   In the above experiment, data having a low spatial frequency component lighting pattern assigned to the LED group corresponding to the portion D11 in the above equation (1) by changing the communication distance, and the LED group corresponding to the portions D12 and D21 When the bit error rate is calculated for each of the data having the lighting pattern of the medium spatial frequency component assigned to, and the data having the lighting pattern of the high spatial frequency component assigned to the LED group corresponding to the portion D22, FIG. As shown in FIG. 10, the relationship between the communication distance and the bit error rate was obtained. When the communication distance was shorter than 30 m, no error occurred in the data having the lighting pattern of any spatial frequency component. That is, it was found that all data can be received without error up to a position where the communication distance is 30 m, and it is possible to estimate a communication distance farther than 30 m based on the bit error rate.

本実施の形態では、受信画像全体に基づいて復調された受信データに基づいて、ビット誤り率を算出するため、上記図10の関係において、各空間周波数成分の点灯パターンを持つデータに対する値を平均することにより得られるビット誤り率と通信距離との関係を用いて、ビット誤り率から通信距離を計測すればよい。   In this embodiment, in order to calculate the bit error rate based on the received data demodulated based on the entire received image, the values for the data having the lighting pattern of each spatial frequency component are averaged in the relationship of FIG. The communication distance may be measured from the bit error rate using the relationship between the bit error rate and the communication distance obtained by doing so.

以上説明したように、第1の実施の形態に係る光通信システムによれば、光受信装置において、復調された送信データのビット誤り率に基づいて、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測することにより、簡易な装置構成で、伝送効率を低下させずに、距離を計測することができる。   As described above, according to the optical communication system according to the first embodiment, in the optical receiver, the distance to the LED array of the optical transmitter is measured based on the bit error rate of the demodulated transmission data. As a result, the distance can be measured with a simple apparatus configuration without reducing the transmission efficiency.

また、光送信装置から送信された送信データを、光受信装置によって受信すると共に、受信した送信データに基づいて、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測することができる。   In addition, the transmission data transmitted from the optical transmission device can be received by the optical reception device, and the distance to the LED array of the optical transmission device can be measured based on the received transmission data.

なお、上記の実施の形態では、LEDアレイを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、発光素子として、レーザーダイオード(LD)を用いても良い。   In the above embodiment, the case where an LED array is used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a laser diode (LD) may be used as a light emitting element.

また、受信データの品質として、ビット誤り率を算出し、ビット誤り率に基づいて、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測する場合を例に説明したが、誤りデータ数に基づいて、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測するようにしてもよい。この場合には、誤りデータ数と通信距離との関係を示す距離決定テーブルを予め求めて、テーブル記憶部に記憶しておけばよい。   Further, as an example of the case where the bit error rate is calculated as the quality of the received data and the distance to the LED array of the optical transmission device is measured based on the bit error rate, the optical data is calculated based on the number of error data. You may make it measure the distance to the LED array of a transmitter. In this case, a distance determination table indicating the relationship between the number of error data and the communication distance may be obtained in advance and stored in the table storage unit.

次に、第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。   Next, a second embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第2の実施の形態では、誤り訂正符号化を用いて受信データに対して誤り訂正を行なっている点と、復調された受信データ及び誤り訂正を行なった受信データを比較して、ビット誤り率を算出している点とが主に第1の実施の形態と異なっている。   In the second embodiment, the error correction is performed on the received data using error correction coding, and the demodulated received data and the received data subjected to error correction are compared with each other to obtain a bit error rate. This is mainly different from the first embodiment.

第2の実施の形態に係る光送信装置では、誤り訂正符号化によって、送信データを符号化し、符号化された送信データに応じて、LEDアレイ16を駆動して、データ伝送を行なう。   In the optical transmission apparatus according to the second embodiment, transmission data is encoded by error correction encoding, and the LED array 16 is driven according to the encoded transmission data to perform data transmission.

図11に示すように、第2の実施の形態に係る光受信装置の画像処理部242は、輝度値取得部62と、逆バイアス部64と、ウェーブレット変換部66と、閾値判定部68と、データ生成部70と、データ生成部70によって生成された受信データに対して、誤り訂正を行なう誤り訂正部272と、データ生成部70によって生成された誤り訂正を行なっていない受信データ及び誤り訂正を行なった受信データを比較して、受信データの品質としてビット誤り率を算出する誤り率算出部274と、テーブル記憶部76と、距離計測部78とを備えている。   As shown in FIG. 11, the image processing unit 242 of the optical receiver according to the second embodiment includes a luminance value acquisition unit 62, a reverse bias unit 64, a wavelet transform unit 66, a threshold determination unit 68, A data generation unit 70, an error correction unit 272 that performs error correction on the reception data generated by the data generation unit 70, received data that has not been subjected to error correction generated by the data generation unit 70, and error correction. An error rate calculation unit 274 that compares the received data and calculates a bit error rate as the quality of the reception data, a table storage unit 76, and a distance measurement unit 78 are provided.

誤り訂正部272は、データ生成部70によって生成された受信データ系列に対して、誤り訂正を行い、最終的な受信データを得る。なお、誤り訂正符号化方式については、従来既知の技術を用いればよく、本実施の形態では、誤り訂正符号化方式に関する説明を省略する。   The error correction unit 272 performs error correction on the reception data sequence generated by the data generation unit 70 to obtain final reception data. It should be noted that a conventionally known technique may be used for the error correction coding method, and the description of the error correction coding method is omitted in this embodiment.

誤り率算出部274は、誤り訂正部272によって得られたデータを、正しい受信データとし、データ生成部70によって生成された受信データ及び誤り訂正を行なった受信データを比較して、誤ったデータ数を求め、誤りデータ数を全受信データ数で除算することで、ビット誤り率を算出する。   The error rate calculation unit 274 sets the data obtained by the error correction unit 272 as correct reception data, compares the reception data generated by the data generation unit 70 with the reception data subjected to error correction, and determines the number of erroneous data. And the bit error rate is calculated by dividing the number of error data by the total number of received data.

なお、光通信システムの他の構成及び他の処理については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   Since other configurations and other processes of the optical communication system are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

このように、光受信装置において、復調された送信データと誤り訂正を行なった送信データとを比較して、ビット誤り率を算出し、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測することにより、簡易な装置構成で、伝送効率を低下させずに、距離を計測することができる。   In this way, in the optical receiver, the demodulated transmission data is compared with the transmission data subjected to error correction, the bit error rate is calculated, and the distance to the LED array of the optical transmitter is measured, With a simple device configuration, the distance can be measured without reducing the transmission efficiency.

また、光受信装置側で送信データが未知であっても、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測することができる。   Further, even if transmission data is unknown on the optical receiver side, the distance to the LED array of the optical transmitter apparatus can be measured.

また、誤り訂正を行なって送信データを復調することにより、より正確なデータ品質を得ることができる。   Further, more accurate data quality can be obtained by performing error correction and demodulating transmission data.

なお、上記の実施の形態において、誤り訂正能力が固定である場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、誤り訂正能力を調整することができるように構成してもよい。これによって、距離決定テーブルが示す通信距離とビット誤り率との関係を調整することができるため、計測できる距離の範囲を調整することができる。   In the above embodiment, the case where the error correction capability is fixed has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the error correction capability may be adjusted. Thereby, since the relationship between the communication distance and the bit error rate indicated by the distance determination table can be adjusted, the range of distance that can be measured can be adjusted.

次に、第3の実施の形態について説明する。なお、第3の実施の形態に係る光通信システムの構成は、第1の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。   Next, a third embodiment will be described. Since the configuration of the optical communication system according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

第3の実施の形態では、データに応じた点灯パターンの空間周波数成分の段階毎に、ビット誤り率を算出している点が、第1の実施の形態と主に異なっている。   The third embodiment is mainly different from the first embodiment in that the bit error rate is calculated for each stage of the spatial frequency component of the lighting pattern corresponding to the data.

第3の実施の形態に係る光受信装置14では、データ記憶部72に、空間周波数成分の各段階に分けて、送信データを記憶している。   In the optical receiver 14 according to the third embodiment, transmission data is stored in the data storage unit 72 for each stage of the spatial frequency component.

誤り率算出部74は、データ生成部70で生成された受信データを、データに応じた点灯パターンの空間周波数成分の各段階に分けて、空間周波数成分の段階毎に、データ記憶部72に記憶された既知の送信データと比較して、誤りデータ数を求め、ビット誤り率を算出している。   The error rate calculation unit 74 divides the reception data generated by the data generation unit 70 into each step of the spatial frequency component of the lighting pattern corresponding to the data, and stores it in the data storage unit 72 for each step of the spatial frequency component. Compared with the known transmission data, the number of error data is obtained, and the bit error rate is calculated.

テーブル記憶部76には、上記図10に示したように、予め実験等により求められたビット誤り率と、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離との関係を表わした距離決定テーブルを、空間周波数成分の段階毎に記憶しておく。   As shown in FIG. 10, the table storage unit 76 includes a distance determination table that represents the relationship between the bit error rate obtained in advance through experiments or the like and the distance to the LED array 16 of the optical transmitter 12. It is stored for each stage of the spatial frequency component.

ここで、上記図10に示すように、上記(1)式におけるD11の部分に対応するLED群には、空間周波数成分が低い点灯パターンのデータが割り当てられているため、光送信装置12のLEDアレイ16との距離が遠距離でも、データ品質が劣化しにくい。すなわち、遠距離でも誤りなく送信データを受信することができることになる。従って、低い空間周波数成分の点灯パターンを持つデータに対する距離決定テーブルは、通信距離が遠くなっても、ビット誤り率が上昇しにくい関係を示している。   Here, as shown in FIG. 10, the LED group corresponding to the portion D11 in the above equation (1) is assigned with the lighting pattern data having a low spatial frequency component. Even when the distance to the array 16 is long, the data quality is unlikely to deteriorate. That is, transmission data can be received without error even at a long distance. Therefore, the distance determination table for data having a lighting pattern with a low spatial frequency component shows a relationship in which the bit error rate does not easily increase even when the communication distance is increased.

また、D22の部分に対応するLED群には、空間周波数成分が高い点灯パターンのデータが割り当てられているため、光送信装置12のLEDアレイ16との距離が遠距離になるとデータ品質が低く、近距離になるとデータ品質が高くなる。従って、高い空間周波数成分を持つ点灯パターンのデータに対する距離決定テーブルは、光送信装置12のLEDアレイ16との距離が遠くなると、ビット誤り率が上昇し、光送信装置12のLEDアレイ16との距離が近くなると、ビット誤り率が低下する関係を示している。   In addition, since the LED group corresponding to the portion D22 is assigned lighting pattern data with a high spatial frequency component, the data quality is low when the distance from the LED array 16 of the light transmission device 12 is long, Data quality increases at close range. Therefore, in the distance determination table for lighting pattern data having a high spatial frequency component, the bit error rate increases as the distance from the LED array 16 of the optical transmission device 12 increases, and the distance from the LED array 16 of the optical transmission device 12 increases. This shows a relationship in which the bit error rate decreases as the distance decreases.

また、D12とD21との部分に対応するLED群には、空間周波数成分が中ぐらいの点灯パターンのデータが割り当てられているため、光送信装置12のLEDアレイ16との距離に対するデータ品質の特性は、D11の部分の特性とD22の部分の特性との中間の特性となる。従って、中ぐらいの空間周波数成分を持つ点灯パターンのデータに対する距離決定テーブルは、高い空間周波数を持つ点灯パターンのデータに対する距離決定テーブルが示す関係と低い空間周波数を持つ点灯パターンのデータに対する距離決定テーブルが示す関係との中間の関係を示している。   Also, since the LED group corresponding to the portions of D12 and D21 is assigned lighting pattern data having a medium spatial frequency component, the data quality characteristics with respect to the distance from the LED array 16 of the optical transmitter 12 Is an intermediate characteristic between the characteristic of the D11 part and the characteristic of the D22 part. Therefore, the distance determination table for the lighting pattern data having a medium spatial frequency component is the distance determination table for the lighting pattern data having a low spatial frequency and the relationship indicated by the distance determination table for the lighting pattern data having a high spatial frequency. This indicates an intermediate relationship with the relationship indicated by.

例えば、データの点灯パターンが持つ空間周波数成分の各段階におけるビット誤り率が10−2である場合には、データの点灯パターンが持つ空間周波数成分の低い順に、光送信装置12のLEDアレイ16との距離が28m、31m、35mとなる。 For example, when the bit error rate at each stage of the spatial frequency component of the data lighting pattern is 10 −2 , the LED array 16 of the optical transmission device 12 is arranged in ascending order of the spatial frequency component of the data lighting pattern. The distance is 28 m, 31 m, and 35 m.

距離計測部78は、何れかの段階の空間周波数成分を持つ点灯パターンのデータについて、距離決定テーブルに基づいて、算出されたビット誤り率に対応する距離を決定し、光送信装置12のLEDアレイ16までの距離を計測する。   The distance measuring unit 78 determines the distance corresponding to the calculated bit error rate based on the distance determination table for the lighting pattern data having the spatial frequency component at any stage, and the LED array of the optical transmission device 12 Measure the distance up to 16.

例えば、低い空間周波数成分の点灯パターンのデータについて、距離決定テーブルに基づいて、算出されたビット誤り率に対応する通信距離を決定することができない場合(算出されたビット誤り率に対応する通信距離が複数ある場合や、復調された受信データに誤りがなかった場合)には、中ぐらい空間周波数成分の点灯パターンのデータ又は高い空間周波数成分の点灯パターンのデータについて、距離決定テーブルに基づいて、算出されたビット誤り率に対応する光送信装置12のLEDアレイ16までの距離を決定する。   For example, with respect to lighting pattern data with a low spatial frequency component, when it is not possible to determine the communication distance corresponding to the calculated bit error rate based on the distance determination table (communication distance corresponding to the calculated bit error rate) If there is a plurality of or when there is no error in the demodulated reception data), the lighting pattern data of the medium spatial frequency component or the lighting pattern data of the high spatial frequency component, based on the distance determination table, The distance to the LED array 16 of the optical transmitter 12 corresponding to the calculated bit error rate is determined.

なお、光通信システムの他の構成及び他の処理については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   Since other configurations and other processes of the optical communication system are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

このように、データに応じた点灯パターンの空間周波数成分の段階毎に、ビット誤り率を算出し、何れかの段階の空間周波数成分の点灯パターンのデータについて、ビット誤り率と距離決定テーブルとに基づいて、光送信装置のLEDアレイまでの距離を計測することにより、距離を計測可能な空間周波数成分の点灯パターンのデータを選択して、通信距離を計測することができるため、精度よく通信距離を計測することができる。   In this way, the bit error rate is calculated for each stage of the spatial frequency component of the lighting pattern according to the data, and the data of the lighting pattern of the spatial frequency component at any stage is stored in the bit error rate and the distance determination table. On the basis of this, by measuring the distance to the LED array of the optical transmission device, it is possible to select the lighting pattern data of the spatial frequency component capable of measuring the distance and measure the communication distance, so the communication distance is accurate. Can be measured.

次に、第4の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となっている部分については、同一符号を付して説明を省略する。   Next, a fourth embodiment will be described. In addition, about the part which becomes the structure similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第4の実施の形態では、2次元高速ウォルシュ変換の符号化方式を用いている点が主に第1の実施の形態と異なっている。   The fourth embodiment is mainly different from the first embodiment in that a two-dimensional high-speed Walsh transform encoding method is used.

図12に示すように、第4の実施の形態に係る光送信装置の信号生成部422は、2次元高速ウォルシュ変換(2D FWT)を用いて符号化を行なう。信号生成部422は、データの送信パターンが持つ空間周波数成分に応じて、送信データを各LEDに割り当てるマッピング部430と、各LEDに割り当てられた送信データに対して、2次元高速ウォルシュ逆変換(2D IFWT)を行うウォルシュ逆変換部432と、2次元高速ウォルシュ逆変換されたデータの正規化を行うと共に、バイアスを付加する正規化バイアス付加部434と、正規化バイアス付加部434の出力データに基づいて、駆動信号を生成する駆動信号生成部36とを備えている。   As shown in FIG. 12, the signal generation unit 422 of the optical transmission apparatus according to the fourth embodiment performs encoding using a two-dimensional fast Walsh transform (2D FWT). The signal generation unit 422 includes a mapping unit 430 that assigns transmission data to each LED according to a spatial frequency component of the data transmission pattern, and a two-dimensional fast Walsh inverse transform (for the transmission data assigned to each LED). 2D IFWT), the normalization of the data subjected to the two-dimensional fast Walsh inverse transformation, the normalization bias addition unit 434 for adding a bias, and the output data of the normalization bias addition unit 434 And a drive signal generator 36 for generating a drive signal.

マッピング部430は、送信データを、10段階の空間周波数成分を持つ点灯パターンのデータに分けて、複数のLEDに割り当てる。4×4ポイント2次元高速ウォルシュ変換を用いた場合に、例えば、図12に示すように、4×4のデータが、点灯パターンの周波数成分に応じて、高周波数成分から低周波数成分までの10段階に分けられる。図13に示すように、最も低い周波数成分の点灯パターンのデータ、5番目に低い周波数成分の点灯パターンのデータ、3番目に高い周波数成分の点灯パターンのデータ、及び最も高い周波数成分の点灯パターンのデータの各々の合計のデータレートは、4Rbであり、その他の周波数成分の点灯パターンのデータの合計のデータレートは、8Rbである。   The mapping unit 430 assigns the transmission data to a plurality of LEDs by dividing the transmission data into lighting pattern data having 10 stages of spatial frequency components. When 4 × 4 point two-dimensional high-speed Walsh transform is used, for example, as shown in FIG. 12, 4 × 4 data corresponds to 10 frequencies from a high frequency component to a low frequency component according to the frequency component of the lighting pattern. Divided into stages. As shown in FIG. 13, the lighting pattern data of the lowest frequency component, the lighting pattern data of the fifth lowest frequency component, the lighting pattern data of the third highest frequency component, and the lighting pattern of the highest frequency component. The total data rate of each of the data is 4Rb, and the total data rate of the lighting pattern data of the other frequency components is 8Rb.

ウォルシュ逆変換部432は、上記(1)式の形になった送信データに、4回に分けて、4×4ポイント2次元高速ウォルシュ逆変換を行う。逆変換後、送信データと同じく8×8の行列が得られる。出力行列の各要素x´u,vは以下の(8)式で表される。 The Walsh inverse transform unit 432 performs 4 × 4 point two-dimensional high-speed Walsh inverse transform on the transmission data in the form of the above equation (1) divided into four times. After the inverse transformation, an 8 × 8 matrix is obtained as with the transmission data. Each element x ′ u, v of the output matrix is expressed by the following equation (8).

ここで、W m,n は、以下の(9)式に示すような4×4の行列Wのm行n列の要素を表す。 Here, W 4 m, n represents an element of m rows and n columns of a 4 × 4 matrix W 4 as shown in the following equation (9).

上記のx´u,v の取り得る値の範囲は、−1≦x´u,v≦1である。x´u,v の取り得る値を、0から1の範囲にするために、正規化バイアス付加部434は、以下の(10)式のように、バイアスを加えた後に正規化する。 X'u, the range of possible values of v above, -1 ≦ x'u, a v ≦ 1. In order to set the possible values of x ′ u, v to a range from 0 to 1, the normalization bias adding unit 434 normalizes after applying a bias as shown in the following equation (10).

上記の処理の結果、xu,v の取り得る値は、{0,1/16,1/8,3/16,1/4,5/16,3/8,7/16,1/2,9/16,5/8,11/16,3/4,13/16,7/8,15/16,1}の17通りとなる。 As a result of the above processing, possible values of x u, v are {0, 1/16, 1/8, 3/16, 1/4, 5/16, 3/8, 7/16, 1/2. , 9/16, 5/8, 11/16, 3/4, 13/16, 7/8, 15/16, 1}.

図14に示すように、画像処理部442は、輝度値取得部62と、取得した各LEDの輝度値に逆バイアスを加える逆バイアス部464と、逆バイアスが加えられた各LEDの輝度値に対して、2次元高速ウォルシュ変換(2D FWT)を行なうウォルシュ変換部466と、2次元高速ウォルシュ変換を行なった各LEDの輝度値について、値が0より大きいか否かを判定して、各LEDの輝度を+1、−1で表わされる出力データに変換する閾値判定部468と、データ生成部70と、データ記憶部72と、誤り率算出部74と、テーブル記憶部76と、距離計測部78とを備えている。   As shown in FIG. 14, the image processing unit 442 includes a luminance value acquisition unit 62, a reverse bias unit 464 that applies a reverse bias to the acquired luminance value of each LED, and a luminance value of each LED to which the reverse bias is applied. On the other hand, the Walsh transform unit 466 that performs the two-dimensional fast Walsh transform (2D FWT) and the brightness value of each LED that has undergone the two-dimensional fast Walsh transform determine whether the value is greater than 0. The threshold value determination unit 468 that converts the luminance of the output data into output data represented by +1 and −1, the data generation unit 70, the data storage unit 72, the error rate calculation unit 74, the table storage unit 76, and the distance measurement unit 78 And.

撮像画像から得られたRu,vを8×8の正方行列とすると、逆バイアス部464は、以下の(11)式のように、行列のそれぞれの要素x´u,vに逆バイアスを加える。 When R u, v obtained from the captured image is an 8 × 8 square matrix, the reverse bias unit 464 applies a reverse bias to each element x ′ u, v of the matrix as shown in the following equation (11). Add.

ここで、bはバイアス値であり、以下の(12)式に示すようにRu,v の平均値から算出される。なお、本実施の形態では、適切なバイアス値を求めるために時間的に平均する必要もあるため、時間のパラメータi を考慮して算出している。 Here, b is a bias value, and is calculated from the average value of R u, v as shown in the following equation (12). In this embodiment, since it is necessary to average over time in order to obtain an appropriate bias value, the time parameter i is calculated in consideration.

ウォルシュ変換部466は、逆バイアスを加えた行列に対して、以下の(13)式のように、4×4ポイント2次元高速ウォルシュ変換(2D FWT)を行なう。   The Walsh transform unit 466 performs 4 × 4 point two-dimensional fast Walsh transform (2D FWT) on the matrix to which the reverse bias is applied as shown in the following equation (13).

閾値判定部468は、閾値判定を行い、出力データを得る。d´m,nのハットが正の値であれば、dm,nのハットの推定値d´m,nのハットを1とし、d´m,nのハットが負の値であれば、dm,nのハットの推定値dm,nのハットを−1として、出力データに変換する。 The threshold determination unit 468 performs threshold determination and obtains output data. If the hat of d ′ m, n is a positive value, the estimated value d ′ m, n of the hat of d m, n is set to 1, and if the hat of d ′ m, n is a negative value, d m, an estimate of hat n d m, a hat of n as -1, into an output data.

なお、光通信システムの他の構成及び他の処理については、第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。   Since other configurations and other processes of the optical communication system are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

上記の第1の実施の形態〜第4の実施の形態では、2次元高速ハールウェーブレット変換を用いた場合、又は2次元高速ウォルシュ変換を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、2次元高速フーリエ変換、2次元離散コサイン変換等の2次元直交変換を利用して、送信データの符号化及び復調を行なうようにしてもよい。   In the first to fourth embodiments, the case where the two-dimensional fast Haar wavelet transform is used or the case where the two-dimensional fast Walsh transform is used has been described. However, the present invention is not limited to this. Instead, the transmission data may be encoded and demodulated using two-dimensional orthogonal transform such as two-dimensional fast Fourier transform and two-dimensional discrete cosine transform.

本発明の第1の実施の形態に係る光通信システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical communication system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光送信装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical transmitter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光送信装置の信号生成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal generation part of the optical transmission apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光受信装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the optical receiver which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光受信装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image process part of the optical receiver which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (A)空間周波数が高い点灯パターンを示すイメージ図、(B)空間周波数が低い点灯パターンを示すイメージ図、(C)空間周波数が高い点灯パターンを撮像した画像を示すイメージ図、及び(C)空間周波数が低い点灯パターンを撮像した画像を示すイメージ図である。(A) An image diagram showing a lighting pattern with a high spatial frequency, (B) An image diagram showing a lighting pattern with a low spatial frequency, (C) An image diagram showing an image obtained by imaging a lighting pattern with a high spatial frequency, and (C) The spatial frequency is It is an image figure which shows the image which imaged the low lighting pattern. (A)LEDアレイを15m離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図、及び(B)LEDアレイを50m離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図である。(A) It is an image figure which shows the image imaged from the position 15m away from the LED array, (B) It is an image figure which shows the image imaged from the position 50m away from the LED array. 本発明の第1の実施の形態に係る光受信装置における通信測距処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the communication ranging process routine in the optical receiver which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (A)実験においてLEDアレイを10m離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図、(B)実験においてLEDアレイを30m離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図、及び(C)実験においてLEDアレイを50m離れた位置から撮像した画像を示すイメージ図である。(A) Image diagram showing an image taken from a position 10 m away from the LED array in the experiment, (B) Image diagram showing an image taken from the position 30 m away from the LED array in the experiment, and (C) 50 m from the LED array in the experiment. It is an image figure which shows the image imaged from the distant position. ビット誤り率と光送信装置のLEDアレイまでの距離との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a bit error rate and the distance to the LED array of an optical transmitter. 本発明の第2の実施の形態に係る光受信装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image process part of the optical receiver which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る光送信装置の信号生成部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal generation part of the optical transmission apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 4×4ポイント2次元高速ウォルシュ変換を用いた場合の空間周波数成分の各段階におけるデータとデータレートとを示す表である。It is a table | surface which shows the data and data rate in each step of a spatial frequency component at the time of using 4x4 point two-dimensional high-speed Walsh transform. 本発明の第4の実施の形態に係る光受信装置の画像処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image process part of the optical receiver which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 光通信システム
12 光送信装置
14 光受信装置
16 LEDアレイ
18 送信データ生成装置
22、422 信号生成部
24 駆動回路
40 高速カメラ
42、242、442 画像処理部
62 輝度値取得部
64、464 逆バイアス部
66 ウェーブレット変換部
68、468 閾値判定部
70 データ生成部
72 データ記憶部
74、274 誤り率算出部
76 テーブル記憶部
78 距離計測部
272 誤り訂正部
464 逆バイアス部
466 ウォルシュ変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical communication system 12 Optical transmitter 14 Optical receiver 16 LED array 18 Transmission data generation device 22, 422 Signal generation part 24 Drive circuit 40 High-speed camera 42,242,442 Image processing part 62 Luminance value acquisition part 64,464 Reverse bias Unit 66 wavelet transform unit 68, 468 threshold determination unit 70 data generation unit 72 data storage unit 74, 274 error rate calculation unit 76 table storage unit 78 distance measurement unit 272 error correction unit 464 reverse bias unit 466 Walsh transform unit

Claims (6)

送信データに応じて点灯される複数の発光素子が配列された光源の前記複数の発光素子を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて、前記送信データを復調する復調手段と、
前記復調手段によって復調された前記送信データの誤り率又は誤り個数を算出する誤り算出手段と、
前記誤り算出手段によって算出された誤り率又は誤り個数に基づいて、前記光源までの距離を計測する計測手段と、
を含む光受信装置。
Imaging means for imaging the plurality of light emitting elements of a light source in which a plurality of light emitting elements that are turned on according to transmission data are arranged;
Demodulating means for demodulating the transmission data based on an image captured by the imaging means;
Error calculating means for calculating an error rate or number of errors of the transmission data demodulated by the demodulating means;
Measuring means for measuring the distance to the light source based on the error rate or the number of errors calculated by the error calculating means;
An optical receiver comprising:
前記誤り算出手段は、前記復調手段によって復調された前記送信データと、前記送信データを記憶した記憶手段に記憶された前記送信データとを比較して、前記誤り率又は誤り個数を算出する請求項1記載の光受信装置。   The error calculation unit compares the transmission data demodulated by the demodulation unit with the transmission data stored in a storage unit that stores the transmission data, and calculates the error rate or the number of errors. The optical receiver according to 1. 前記復調手段によって復調された前記送信データに対して、誤り訂正を行なう誤り訂正手段を更に含み、
前記誤り算出手段は、前記復調手段によって復調された前記送信データと前記誤り訂正手段によって誤り訂正が行なわれた前記送信データとを比較して、前記誤り率又は誤り個数を算出する請求項1記載の光受信装置。
Error correction means for performing error correction on the transmission data demodulated by the demodulation means;
2. The error calculation means calculates the error rate or the number of errors by comparing the transmission data demodulated by the demodulation means with the transmission data subjected to error correction by the error correction means. Optical receiver.
前記計測手段は、予め求めた前記距離と前記誤り率又は誤り個数との関係、及び前記誤り算出手段によって算出された前記誤り率又は誤り個数に基づいて、前記光源までの距離を計測する請求項1〜請求項3の何れか1項記載の光受信装置。   The measuring means measures a distance to the light source based on a relationship between the distance obtained in advance and the error rate or the number of errors and the error rate or the number of errors calculated by the error calculating means. The optical receiver according to any one of claims 1 to 3. 前記光源は、複数の段階に分けられた空間周波数の各段階に対して点灯させる少なくとも一つの発光素子からなる発光素子群が定められ、前記送信データに応じた点灯パターンの空間周波数の段階に対応する前記発光素子群の発光素子を、前記送信データに応じて点灯させ、
前記誤り算出手段は、前記段階毎に、前記送信データの誤り率又は誤り個数を算出し、
前記計測手段は、前記誤り算出手段によって算出された前記段階毎の前記誤り率又は誤り個数に基づいて、前記光源までの距離を計測する請求項1〜請求項4の何れか1項記載の光受信装置。
The light source has a light emitting element group composed of at least one light emitting element to be lit for each stage of spatial frequency divided into a plurality of stages, and corresponds to a spatial frequency stage of a lighting pattern according to the transmission data. The light emitting elements of the light emitting element group to be turned on according to the transmission data,
The error calculating means calculates an error rate or the number of errors of the transmission data for each stage,
5. The light according to claim 1, wherein the measuring unit measures a distance to the light source based on the error rate or the number of errors for each stage calculated by the error calculating unit. Receiver device.
複数の発光素子が配列された光源の前記複数の発光素子を送信データに応じて点灯させる光送信装置と、
請求項1〜請求項5の何れか1項記載の光受信装置と、
を含む光通信システム。
An optical transmitter that turns on the plurality of light emitting elements of a light source in which a plurality of light emitting elements are arranged according to transmission data;
The optical receiver according to any one of claims 1 to 5,
An optical communication system including:
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