KR101952994B1

KR101952994B1 - Ｌｅｄ와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신 방법

Info

Publication number: KR101952994B1
Application number: KR1020160003125A
Authority: KR
Inventors: 장영민; 반 뉴엔 트랑
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2015-05-20
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2036-01-11
Also published as: KR20160137342A

Abstract

본 발명은 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광학카메라통신방법은 데이터코딩부에서 전송할 전송데이터를 코딩하고 상기 코딩된 전송데이터를 포함하는 데이터 프레임을 구성하는 단계, LED구동부에서 펄스주파수에 따라 상기 데이터 프레임에 대응하도록 LED를 온/오프시키는 단계, 상기 롤링셔터카메라에서 프레임속도에 따라 LED의 온/오프 이미지를 롤링셔터방식으로 다수의 열(row)마다 연속 프레임 이미지로 캡쳐하는 단계, 이미지처리부에서 상기 열(row)마다 연속 프레임 이미지로 캡쳐된 상기 LED의 온/오프 이미지의 밝기값에 따른 밝기신호를 생성하는 단계; 및 이미지추출부에서 상기 밝기신호로부터 상기 전송데이터를 추출하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 프레임은 상기 전송데이터별로 구분되는 슈퍼프레임이 다수 개가 연속적으로 배열되고, 상기 각 슈퍼프레임은 연속적으로 반복되는 N개(N=자연수)의 데이터 서브 프레임(DS)을 포함하고, 상기 각 데이터 서브 프레임은 상기 코딩된 전송데이터를 포함하는 데이터패킷(DP), 상기 데이터패킷의 전단과 후단에 각각 추가된 비동기비트(Ab), 상기 전단 비동기비트의 전단에 추가된 시작프레임(SF)으로 구성된다.

Description

ＬＥＤ와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신 방법{Optical camera communication method using LED and rolling shutter camera}

본 발명은 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication; OCC) 방법에 관한 것으로서, 특히 전송할 데이터에 대응하여 온/오프(on/off)되는 LED를 롤링셔터카메라(rolling shutter camera)로 촬영하여 해당 데이터를 송수신하도록 하는 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신방법에 관한 것이다.

대표적 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.

종래에는 포토다이오드 대신에 카메라를 이용하여 다수의 LED를 촬영하고 그 카메라의 프레임별로 획득된 LED의 온/오프에 대응하는 데이터를 추출하는 가시광통신시스템이 제시되고 있다. 이와 같이 카메라를 이용한 가시광통신은 광수신기로서 포토다이오드가 아니라 카메라를 이용한다는 점에서 광학 카메라 통신(Optical Camera Communication;OCC) 시스템으로도 불리며, IEEE 802.15.7a 연구그룹에서 표준화를 위한 작업이 시도되고 있다.

최근 이러한 OCC 시스템에 카메라로서 롤링셔터카메라를 적용하려는 시도가 있다. 이러한 롤링셔터카메라는 다수의 열(row)로 조합된 이미지센서에서 열(row)마다 LED의 온/오프 이미지를 캡쳐하여 프레임별로 이미지를 획득하게 된다.

하지만, 종래기술에서는 아직까지 롤링셔터카메라에서 각 열(row)에 대한 광원의 온/오프 이미지에 대응하는 데이터를 추출하는 기술이 제시되지 않고 있다. 또한, 일반적인 롤링 셔터 카메라의 프레임 속도(frame rate)는 30fps로 고정되어 있지만 실제 제품에 따라 20~35fps의 범위로 변한다. 이로써 LED의 펄스속도(pulse rate)가 일정할 때 카메라의 프레임 속도의 변화는 데이터 손실을 초래할 수 있다. 예컨대, 프레임 속도의 변화를 예상하지 못한 상황에서 카메라가 동작하면 두 이미지 프레임 사이에 LED가 온/오프할 때 카메라가 이미지를 촬영하지 못해 데이터 손실이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 종래기술에서는 롤링 셔터 카메라가 임의의 시점에 촬영을 시작하므로 롤링 셔터 카메라의 프레임과 광원의 온/오프 타이밍이 비동기로 인해 정확한 데이터의 추출이 어렵다는 문제점이 있다.

한국등록특허 제1472583호 한국공개특허 제2009-0016176호 한국공개특허 제2010-0135683호

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, OCC 시스템에서 롤링셔터카메라의 프레임 속도가 변하더라도 전송되는 데이터의 손실을 방지할 수 있는 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 롤링셔터카메라가 임의의 시점에 촬영을 시작되더라도 롤링셔터카메라의 프레임과 LED의 온/오프 간의 비동기로 인한 프레임 누락을 방지하여 데이터 전송의 정확성을 높일 수 있는 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학 카메라 통신방법은, 데이터코딩부에서 전송할 전송데이터를 코딩하고 상기 코딩된 전송데이터를 포함하는 데이터 프레임을 구성하는 코딩단계; LED구동부에서 펄스주파수에 따라 상기 데이터 프레임에 대응하도록 LED를 온/오프시키는 구동단계; 상기 롤링셔터카메라에서 프레임속도에 따라 상기 LED의 온/오프 이미지를 롤링셔터방식으로 다수의 열(row)마다 연속 프레임 이미지로 캡쳐하는 캡쳐단계; 이미지처리부에서 상기 열(row)마다 연속 프레임 이미지로 캡쳐된 상기 LED의 온/오프 이미지의 밝기값에 따른 밝기신호를 생성하는 생성단계; 및 이미지추출부에서 상기 밝기신호로부터 상기 전송데이터를 추출하는 추출단계; 를 포함하고, 상기 데이터 프레임은 상기 전송데이터별로 구분되는 슈퍼프레임이 다수 개가 연속적으로 배열되고, 상기 각 슈퍼프레임은 연속적으로 반복되는 N개(N=자연수)의 데이터 서브 프레임(DS)을 포함하고, 상기 각 데이터 서브 프레임은 상기 코딩된 전송데이터를 포함하는 데이터패킷(DP), 상기 데이터패킷의 전단과 후단에 각각 추가된 비동기비트(Ab), 상기 전단 비동기비트의 전단에 추가된 시작프레임(SF)으로 구성된다.

본 발명에서, 상기 각 프레임 이미지별로 적어도 하나 이상의 데이터 서브 프레임을 캡쳐한다.

본 발명에서, 상기 각 프레임 이미지당 캡쳐된 데이터 서브 프레임의 개수(Nrepeats)는 하기 수학식을 만족한다.

(tcap은 롤링셔터카메라에서 하나의 프레임 이미지가 노출되는 캡쳐타임, N은 슈퍼프레임에서 데이터 서브 프레임(DS)이 반복되는 개수, DSlength는 데이터 서브 프레임의 길이)

본 발명에서, 상기 비동기비트(Ab)는 연속적으로 이웃하는 슈퍼프레임을 구분하는 식별자로서 상기 전송데이터별로 구분된 슈퍼프레임이 연속적으로 배열된 상태에서 인덱스가 홀수인 경우와 짝수인 경우 1과 0의 서로 다른 1비트(bit)가 교대로 상기 데이터 서브 프레임에 각각 추가된다.

본 발명에서, 상기 추출단계는, 상기 데이터추출부에서 캡쳐된 제1 프레임 이미지에서 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)를 추출하고 상기 전단의 비동기비트(Ab)의 후단에 위치한 데이터패킷(DP)을 추출하는 제1단계; 상기 제1 프레임 이미지에서 데이터패킷(DP)의 후단에 있는 후단의 비동기비트(Ab)가 있으면 상기 데이터패킷(DP)으로부터 전송데이터를 추출하고, 없으면 상기 제1 프레임 이미지에 연속으로 캡쳐된 이웃의 제2 프레임 이미지에서 후단의 비동기비트(Ab)를 추출하는 제2단계; 상기 제2 프레임 이미지에서 추출된 후단의 비동기비트(Ab)가 제1 프레임 이미지에서 추출된 전단의 비동기비트(Ab)와 일치하는지 판단하는 제3단계; 일치하면 상기 후단의 비동기비트(Ab)의 전단에 위치하는 데이터패킷(DP)을 추출하는 제4단계; 및 상기 제1 프레임 이미지에서 추출된 데이터패킷(DP)과 상기 제2 프레임 이미지에서 추출된 데이터패킷(DP)을 조합하여 전송데이터를 추출하는 제5단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 추출단계는, 상기 데이터추출부에서 캡쳐된 제1 프레임 이미지에서 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)를 추출하고, 상기 전단의 비동기비트(Ab)의 후단에 위치한 데이터패킷(DP)을 추출하는 제1단계; 상기 제1 프레임 이미지에서 추출된 데이터패킷(DP)의 후단에 후단 비동기비트(Ab)가 있으면 상기 데이터패킷(DP)으로부터 전송데이터를 추출하고, 없으면 상기 추출된 시작프레임(SF)의 전단에 후단 비동기비트(Ab)가 있는지 판단하는 제2단계; 상기 후단 비동기비트(Ab)가 있으면 상기 후단의 비동기비트(Ab)의 전단에 있는 데이터패킷(DP)을 추출하는 제3단계; 및 상기 제1단계에서 추출된 데이터패킷(DP)과 제3단계에서 추출된 데이터패킷(DP)을 조합하여 전송데이터를 추출하는 제4단계를 포함한다.

본 발명에서, 상기 펄스주파수는 상기 롤링셔터카메라의 셔터속도 이내의 범위에서 설정된다.

본 발명에서, 상기 펄스주파수는 100㎐ ~ 8㎑의 범위 내에서 설정된다.

본 발명에 의하면 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신(OCC)에 적합한 LED의 구동을 위한 변조 주파수의 범위를 설정하고 효율적인 데이터 복구가 가능하므로 롤링셔터카메라의 프레임속도가 변하더라도 전송되는 데이터의 손실을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 롤링셔터카메라가 임의의 시점에 촬영을 시작되더라도 데이터 전송의 정확성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신(OCC)시스템의 개요도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학카메라통신(OCC) 시스템에서 송수신되는 데이터 패킷의 구조도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광학카메라통신(OCC) 시스템의 롤링셔터카메라에서 전송데이터를 추출하는 과정을 설명하는 개요도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광학카메라통신(OCC) 시스템에서 LED의 펄스주파수에 대한 롤링셔터카메라의 진폭응답 패턴,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신방법을 보이는 흐름도,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신 시 데이터추출부에서 전송데이터를 추출하는 과정을 보이는 흐름도,
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신 시 전송데이터를 추출하는 과정을 보이는 흐름도.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신(OCC)시스템의 개요도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신(OCC)시스템(이하, OCC 시스템이라 함)(100)은 데이터코딩부(110), LED구동부(120), LED(130), 롤링셔터카메라(140), 이미지처리부(150), 데이터추출부(160)를 포함하여 구성된다.

데이터코딩부(110)는 OCC 시스템(100)에서 전송하고자 하는 전송데이터를 코딩한다. 이러한 코딩은 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 예컨대, 전송하고자 하는 전송데이터가 1인 경우 LED(130)의 온(on)에 대응시키고 전송데이터가 0인 경우에는 LED(130)의 오프(off)에 대응시킬 수 있다. 이러한 예시는 LED(120)의 펄스주파수에 따라 다르게 설정할 수 있다. 예컨대, 전송데이터가 1인 경우 LED(130)를 온-온에 대응시키고 전송데이터가 0인 경우 LED(130)를 오프-오프에 대응시킬 수도 있다. 이처럼, 본 발명에서 데이터코딩부(110)은 전송데이터에 대응하는 LED(130)의 온/오프 상태를 서로 매칭시켜 향후 LED(130)의 온/오프를 통해 전송데이터가 전송되도록 한다. 본 실시 예에서 데이터코딩부(110)는 예컨대 맨체스터(Manchester) 코딩기법, 4B6B 코딩기법, 8B10B코딩기법 등을 이용하여 데이터를 코딩할 수 있다. 또한, 데이터코딩부(110)는 코딩된 전송데이터를 데이터패킷으로 구성하고 데이터패킷을 포함하는 데이터프레임을 생성한다. 이러한 데이터패킷은 디지털 비트 1과 0으로 구성된 전송데이터를 연속으로 배열하여 구성된다. 이러한 데이터프레임의 구조는 도 2에서 구체적으로 설명한다.

LED구동부(120)는 상기와 같이 코딩된 전송데이터에 따라 LED(130)를 구동시킨다. 예컨대, 전송데이터의 비트 1과 0에 따라 LED(130)를 온 및 오프시키도록 한다. 이러한 LED구동부(120)는 기설정된 펄스주파수에 따라 LED(130)를 온/오프시키도록 한다. 이와 같이 LED구동부(120)에서 LED(130)의 온/오프 제어를 통해 전송하고자 하는 전송데이터를 출력하도록 한다.

LED(130)는 본 OCC 시스템(100)에서 송신기(transmitter)의 역할을 한다. 이러한 LED(130)는 적어도 하나 이상 구비되며 데이터코딩부(110)에서 코딩된 전송데이터에 따라 LED구동부(120)에 의해 기설정된 펄스속도(pulse rate)로 온(on) 또는 오프(off)된다. 본 실시 예에 따라 광원(120)이 다수 개로 구비되는 경우 1×N으로 배열될 수 있고, M×1으로 배열될 수도 있으며, 바람직하게는 M×N으로 배열될 수도 있다. 물론, 원형, 방사형, 타원형 등 다양한 형태로 배열될 수 있다. LED(130)는 온/오프되는 펄스속도가 초당 110회 이상이면 사람의 눈으로 그 온/오프를 구분하지 못하고 계속 온 상태인 것으로 인식한다. 이러한 펄스속도는 물론 조정이 가능하다.

롤링셔터카메라(140)는 본 OCC 시스템(100)에서 수신기(receiver)의 역할을 한다. 이러한 롤링셔터카메라(130)는 온/오프되는 LED(130)를 롤링셔터 방식으로 다수의 열(row)마다 광원의 온/오프 이미지를 기설정된 프레임 속도(frame rate)에 따라 캡쳐한다. 이를 위해 내부에 롤링셔터 방식의 이미지센서가 구비된다. 이미지센서의 각 열(row)을 순차적으로 기설정된 노출시간(integration time) 동안 일정한 시간간격으로 노출시킨다. 첫 번째 열의 마지막 노출시간과 마지막 열의 마지막 노출시간을 프레임 시간(frame time)이고 노출시간과 프레임시간의 합이 캡쳐타임(capture time)이 된다. 이러한 캡쳐타임 동안에 캡쳐된 이미지는 LED(130)가 온(on)될 때 화이트 밴드(white band)로 나타나고 오프(off)될 때 블랙 밴드(black band)로 나타난다. LED의 온/오프 상태의 변화는 캡쳐시간 동안 순차적으로 기록된다. 이때, 화이트 밴드와 블랙 밴드는 예컨대 각각 데이터로서 1과 0을 나타내도록 설정될 수 있다. 이와 같이 롤링셔터카메라(140)에서는 하나의 프레임 내에서 다중 데이터 수신이 가능하게 된다. 이미지센서로는 예컨대 CMOS 센서를 사용할 수 있다. 이때, 롤링셔터카메라(140)는 LED(130)가 온 또는 오프되는 중에 임의의 시점에 촬영을 시작할 수 있다. 이 경우에는 캡쳐된 이미지로부터 시작프레임과 데이터 프레임을 구분할 필요가 있다. 뿐만 아니라 본 실시 예에서는 롤링셔터카메라(140)의 LED(130)의 온/오프 이미지를 촬영하는 프레임 속도가 기설정되어 있지만, 실제 프레임 속도가 변하는 경우에도 정확한 데이터 수신이 가능하기 위한 기술이 필요하다. 이에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명한다. 본 실시 예에서 이러한 롤링셔터카메라(140)는 디지털 카메라, 휴대폰이나 스마트기기 등에 탑재된 카메라를 포함할 수 있다.

이미지처리부(150)는 롤링셔터카메라(140)에서 다수의 열(row)마다 촬영된 LED(130)의 온/오프 이미지의 밝기값에 따른 밝기신호를 생성한다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 LED(130)가 전송데이터에 따라 온(on) 또는 오프(off)되는 과정에서 화이크 밴드와 블랙 밴드로 나타나는데, 이러한 각 밴드의 밝기값은 다르게 나타날 수 있다. 즉, LED(130)의 온/오프에 따라 나타나는 색상은 일례로 0~255의 밝기값으로 표시될 수 있다. 예컨대, 화이트 밴드는 255의 밝기값, 블랙 밴드는 0의 밝기값을 나타낼 수 있는 것이다. 물론 이러한 밝기값의 범위는 변경이 가능하다.

데이터추출부(160)는 이미지처리부(150)에서 생성된 LED(130)의 온/오프 이미지의 밝기신호로부터 전송데이터를 추출한다. 이는 데이터코딩부(110)에서 전송할 데이터에 따라 LED(130)의 온/오프 이미지에 코딩된 전송데이터를 복원하는 것이다. 예컨대, 데이터코딩부(110)에서 전송하고자 하는 전송데이터 1은 LED(130)의 온(on)에 대응시키고 전송데이터 0은 LED(130)의 오프(off)에 대응시킨 경우, 데이터추출부(150)에서는 LED(130)의 온 이미지에서는 1을 추출하고, 오프 이미지에서는 0을 추출하는 것이다. 이때, 본 발명에서는 LED(130)의 온/오프 이미지의 밝기신호에서 밝기값을 이용하여 전송데이터를 추출하도록 한다. 구체적으로 밝기신호의 기울기, 즉 밝기신호의 상승 및 하강을 조합하여 추출하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학카메라통신(OCC) 시스템에서 전송데이터에 따른 데이터 프레임의 구조도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전송데이터의 데이터 프레임은 전송하고자 하는 전송데이터별로 구분되는 슈퍼프레임(Super-frame)(20)이 다수 개가 연속적으로 구현된다. 즉, 각 슈퍼프레임(20)은 전송데이터가 다른 경우, 예컨대 LED(130)에서 다른 전송데이터를 전송하고자 하는 경우에 이들 각 전송데이터를 각 슈퍼프레임(20)에 포함하여 구성한다. 따라서, 각각의 슈퍼프레임(20)에는 서로 다른 전송데이터가 포함되는 것이다.

또한, 이들 각각의 슈퍼프레임(20)은 N번(N=자연수)씩 반복되는 데이터 서브 프레임(DS:Data Sbuframe)(21)으로 포함하여 구성된다. 여기서, 이러한 데이터 서브 프레임(DS)(21)에 OCC 시스템(100)에서 전송하고자 하는 전송데이터가 포함된다. 이와 같이 본 발명에서는 전송하고자 하는 전송데이터를 포함하는 각 데이터 서브 프레임(21)이 N번씩 반복하여 전송되므로 롤링셔터카메라(130)가 임의의 시점에 촬영을 한다고 하더라도 데이터를 추출할 수 있고, 롤링셔터카메라(130)의 프레임 속도가 가변되어 촬영되는 프레임 이미지에 전송데이터 전체가 한번으로 캡쳐되지 않는다 하더라도 전체 데이터를 추출할 수 있도록 한다.

또한, 각각의 데이터 서브 프레임(21)은 시작프레임(SF:Start Frame), 2개의 비동기비트(Ab:Asynchorous bit) 및 데이터패킷(DP:Data Packet)을 포함한다. 시작프레임(SF)과 비동기비트(Ab)는 데이터 프레임의 용량을 고려하여 1 비트(bit)로 하는 것이 바람직하다. 비동기비트(Ab)는 슈퍼프레임(20)을 구분하는 역할과 함께 데이터 서브 프레임(21)에서 데이터패킷(DP)을 구분하는 역할을 한다. 또한, 데이터패킷(DP)에는 OCC 시스템(100)에서 전송하고자 하는 전송데이터가 포함된다. 본 실시 예에서 비동기비트(Ab)는 1 bit인 1과 0으로 교대로 삽입됨이 바람직하다. 예컨대, 전송데이터별로 구분되는 슈퍼프레임(20)의 인덱스가 홀수인 경우 비동기비트를 1로 설정하여 삽입하고 짝수인 경우 비동기비트를 0으로 설정하여 삽입한다. 물론, 반대로 0과 1을 교대로 삽입하는 것도 가능하다. 이로써, 비동기비트(Ab)는 서로 이웃하는 슈퍼프레임(20) 간에 구별하는 식별자 역할을 하도록 한다.

이와 같이, 본 발명에서는 전송하고자 하는 전송데이터를 데이터 서브 프레임(DS)(21)에 포함시키고, 이러한 데이터 서브 프레임(21)을 N회 반복해서 연속적으로 배열하여 하나의 슈퍼프레임(20)을 구성하도록 한다. 이로써, 전송데이터별로 N번씩 반복하여 슈퍼프레임을 구성하게 되며, 각 슈퍼프레임에는 서로 다른 전송데이터가 포함되도록 한다.

이러한 데이터 프레임의 구조는 데이터코딩부(110)에서 전송하고자 하는 전송데이터를 데이터 프레임으로 코딩하는 것이다. 즉, 데이터코딩부(110)는 상기와 같이 본 실시 예에서 제안된 데이터 프레임 구조에 따라 전송하고자 하는 전송데이터를 데이터패킷(DP), 시작프레임(SF), 비동기비트(Ab)를 이용하여 슈퍼프레임으로 코딩하는 것이다. 이는 롤링셔터카메라(140)에서 촬영된 LED(130)의 온/오프 이미지로부터 전송데이터를 효율적으로 추출하기 위해 제안된다. 상기 데이터 프레임 구조를 이용하여 데이터추출부에서 전송데이터를 추출하는 과정은 도 3에서 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광학카메라통신(OCC) 시스템의 롤링셔터카메라에서 전송데이터를 추출하는 과정을 설명하는 개요도이다.

도 3에서는 설명의 편의상 일례로 2개의 슈퍼프레임(20a,20b,20c)이 도시되고 각 슈퍼프레임(20a,20b,20c)에는 각각 2개의 데이터 서브 프레임(21a,21b,21c)가 도시된다. 또한, 데이터 서브 프레임(21a,21b,21c)은 슈퍼프레임(20a,20b,20c) 내에서 2번씩(즉, N=2) 반복되는 예를 도시하고 있다. 이러한 도 3의 예시는 본 발명을 설명하기 위한 일례에 불과하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 3의 (a) 및 (b)에는 LED구동부(120)가 전송하고자 하는 전송데이터에 따라 코딩된 슈퍼프레임(20a,20b,20c)의 구조에 대응하여 LED(130)를 온/오프시키는 동안 롤링셔터카메라(140)가 프레임속도에 따라 프레임 이미지를 임의의 시점에 촬영하는 예를 각각 도시하고 있다.

먼저, 도 3의 (a)는 두 프레임 이미지의 조합에 의한 데이터 서브 프레임 추출과정을 설명하기 위해 롤링셔터카메라(140)에서 제1~ 제3 프레임 이미지(image #1~image #3)에서 연속적으로 데이터 서브 프레임(DS)를 캡쳐하는 예를 도시한다. 구체적으로, 제1 프레임 이미지(image #1)에서 제1 슈퍼프레임(20a)의 첫 번째 데이터 서브 프레임(201a)을 캡쳐하고, 제2 프레임 이미지(image #2)에서 제1 슈퍼프레임(20a)의 두 번째 데이터 서브 프레임(202a)과 제2 슈퍼프레임(20b)의 첫 번째 데이터 서브 프레임(201b)을 캡쳐하며, 제3 프레임 이미지(image #3)에서는 제2 슈퍼프레임(20b)의 두 번째 데이터 서브 프레임(202b)과 제3 슈퍼프레임(20c)의 첫 번째 데이터 서브 프레임(201c)을 캡쳐하는 예를 도시하고 있다.

이때, 데이터추출부(160)는 각 슈퍼프레임(20a,20b,20c)에 포함된 데이터패킷을 추출하기 위해, 먼저 슈퍼프레임의 데이터 서브 프레임에서 시작프레임(SF)과 비동기비트(Ab)를 확인한다. 하나의 슈퍼프레임 내에서 N번(N=2) 반복되는 데이터 서브 프레임은 1개의 시작프레임(SF)과 2의 비동기비트(Ab)가 추가되어 있으므로 시작프레임(SF)과 데이터패킷(DP)의 전단과 후단에 각각 추가된 비동기비트(Ab)를 확인하게 되면 데이터패킷(DP)을 추출할 수 있게 된다. 여기서, 본 실시 예에서는 롤링셔터카메라(140)가 임의의 시점에서 프레임 이미지를 획득하므로 하나의 프레임 이미지에서 데이터 서브 프레임의 시작프레임과 비동기비트(Ab)를 확인할 수 없는 경우가 발생할 수 있다.

이를 해결하기 위해 본 실시 예에서는 도 3의 (a)와 같이 캡쳐된 제1 프레임 이미지(image #1)에서 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)와 제1 슈퍼프레임(20a)의 첫 번째 데이터 서브 프레임(201a)과 이후에 캡쳐된 제2 프레임 이미지(image #2)에서 제1 슈퍼프레임(20a)의 두 번째 데이터 서브 프레임(201b)을 조합하여 제1 슈퍼프레임(20a)의 데이터 서브 프레임(21a)를 추출하도록 한다. 이때, 이러한 데이터 서브 프레임(21a)은 데이터패킷(DP)의 후단의 비동기비트(Ab)로 확인할 수 있다. 즉, 제1 슈퍼프레임(20a)에 포함된 다수의 데이터 서브 프레임(21a)의 전단과 후단에는 동일한 비동기비트(Ab)가 삽입되어 있으므로, 동일한 비동기비트(Ab)인지를 확인하면 각 프레임 이미지에서 캡쳐된 슈퍼프레임과 데이터 서브 프레임은 동일한 전송데이터를 포함하고 있다는 것을 의미한다. 따라서, 각 프레임 이미지에서 캡쳐된 비동기비트(Ab)의 확인을 통해 서로 동일한 데이터패킷인지를 확인할 수 있게 된다.

또한, 제2 슈퍼프레임(20b)도 동일하게 적용된다. 즉, 캡쳐된 제2 프레임 이미지(image #2)에서 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)를 확인한 후 제2 슈퍼프레임(20b)의 두 번째 데이터 서브 프레임(21b)과 이후에 캡쳐된 제3 프레임 이미지(image #3)에서 제2 슈퍼프레임(20b)의 첫 번째 데이터 서브 프레임(21c)을 조합하여 제2 슈퍼프레임(20b)의 데이터 서브 프레임(21b)를 추출하도록 한다. 물론, 여기에서도 이러한 데이터 서브 프레임(21b)은 해당 데이터패킷(DP)의 후단에 추가된 비동기비트(Ab)에 의해 확인된다.

도 3의 (a)는 롤링셔터카메라(140)가 임의의 시점에 LED(130)를 촬영하여 온/오프 이미지를 프레임 이미지에서 캡쳐하는 예를 설명하는 것으로서, 촬영하는 시점이 변경되더라도 상기와 같은 원리로 데이터 서브 프레임을 추출할 수 있다. 즉, 촬영시점에 따라 또한 프레임속도에 따라 두 개의 프레임 이미지의 조합에 의해 데이터 서브 프레임을 추출할 수 있는 것이다.

도 3의 (b)는 하나의 프레임 이미지에 의한 데이터 서브 프레임 추출과정을 설명한다. 구체적으로 롤링셔터카메라(140)에서 제1 프레임 이미지(image #1)에서 제1 슈퍼프레임(20a)의 첫 번째 데이터 서브 프레임(201a)과 두 번째 데이터 서브 프레임(202a)을 캡쳐하고, 제2 프레임 이미지(image #2)에서 제2 슈퍼프레임(20b)의 첫 번째 데이터 서브 프레임(201b)과 두 번째 데이터 서브 프레임(202b)을 캡쳐하는 예를 도시하고 있다.

이때, 데이터추출부(160)는 먼저 제1 프레임 이미지(image #1)에서 캡쳐된 슈퍼프레임의 데이터 서브 프레임에서 시작프레임(SF)과 비동기비트(Ab)를 확인한다. 즉, 제1 프레임 이미지(image #1)에서 캡쳐된 제1 슈퍼프레임(20a)의 데이터 서브 프레임(201a)의 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)를 확인하고, 이러한 시작프레임(SF)의 전단에 있는 데이터 서브 프레임(201a)와 전단의 비동기비트(Ab) 이후의 데이터 서브 프레임(202a)를 조합하여 제1 슈퍼프레임(20a)의 데이터 서브 프레임(21a)를 추출하도록 한다. 이때, 이러한 데이터 서브 프레임(21a)은 데이터패킷(DP)의 후단의 비동기비트(Ab)에 의해 확인될 수 있다.

만약, 도 3의 (a)와 (b)에서 동일한 하나의 프레임 이미지에서 전단의 비동기비트(Ab)와 후단의 비동기비트(Ab)가 있다면 그 사이에 위치한 데이터패킷(DP)으로부터 전송데이터를 추출하면 된다. 하지만, 본 발명에서는 롤링셔터카메라(140)의 촬영시점이 임의로 결정되고 롤링셔터카메라(140)의 프레임속도가 가변하는 상황에느는 하나의 프레임 이미지에 데이터패킷(DP)과 그 전단의 비통기비트(Ab) 및 후단의 비동기비트(Ab)가 모두 존재하지 못하는 확률이 높다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도 3의 (a)와 같이 2개의 프레임 이미지에서 두 개의 데이터패킷을 조합하여 전송데이터를 추출하는 방법과, 도 3의 (b)와 같이 하나의 프레임 이미지에서 두 개의 데이터패킷을 조합하여 전송데이터를 추출하는 방법을 제시하는 것이다.

이와 같이, 본 발명에서는 롤링셔터카메라(140)에서 각각의 프레임 이미지에서 캡쳐된 데이터 프레임의 데이터 서브 프레임을 조합하여 그 내부의 데이터패킷을 추출할 수 있고, 이에 따라 전송데이터를 추출할 수 있게 된다. 이러한 데이터 추출은 도 3의 (a)와 같이 두 개의 프레임 이미지에 의한 데이터 추출과 도 3의 (b)와 같이 하나의 프레임 이미지에 의한 데이터 추출이 가능하다. 이러한 방식의 데이터 추출을 위해 본 발명에서는 각각의 프레임 이미지별로 반드시 하나 이상의 데이터 서브 프레임이 캡쳐되어야 한다. 이를 위해 프레임 이미지당 데이터 서브 프레임이 캡쳐되는 개수(Nrepeats)는 하기 수학식 1을 만족해야 한다.

tcap은 롤링셔터카메라에서 하나의 프레임 이미지가 노출되는 캡쳐타임이고, N은 슈퍼프레임에서 데이터 서브 프레임(DS)이 반복되는 개수이고, DSlength는 데이터 서브 프레임의 길이이다. 여기서, Nrepeats=1일 때, 단방향 통신에서 데이터 속도(data rate)가 최대 성능을 발휘하게 된다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광학카메라통신(OCC) 시스템에서 LED의 펄스주파수에 대한 롤링셔터카메라의 진폭응답 패턴이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 OCC 시스템에서 LED구동부(120)에서 설정된 펄스주파수에 따라 LED(130)를 구동한다. 이때, LED(130)의 온/오프 구동은 인간의 눈에 안전하도록 깜박임(flicker)을 피해야 한다. 이를 위해 LED(130)의 온/오프를 위한 펄스주파수는 충분히 높아야 한다. 예컨대, LED(130)의 펄스주파수는 적어도 100㎐ 이상이 되어야 한다. 그러나, OCC 시스템에 적용되는 롤링셔터카메라(140)의 프레임 속도는 ㎑ 단위인 LED(130)의 펄스주파수에 비해 상당히 낮은 속도인 대략 30fps이다. 이와 같이 LED(130)의 온/오프 깜박임의 속도에 비해 수신기인 롤링셔터카메라(140)의 프레임 속도는 매우 낮으므로 이러한 속도 차이에 의해 프레임 이미지에서 LED(130)의 온/오프 이미지를 캡쳐 시 데이터 손실을 초래할 수 있다. 이에, 본 발명에서는 롤링셔터카메라(140)를 적용할 때 캡쳐되는 프레임 이미지의 샘플링 속도를 프레임 속도가 아닌 셔터 속도가 되도록 한다. 즉, 롤링셔터카메라(140)의 셔터 속도는 ㎑ 단위이며, 데이터 전송에 따라 LED(130)의 상태변화에도 쉽게 기록할 수 있을 정도로 높은 속도이다.

도 4는 수신기로서의 롤링셔터카메라(140)에 적합한 펄스주파수 범위를 추출하기 위해 깜박이는 LED(130)에 대해 롤링셔터카메라(140)가 어떻게 반응하는지에 대한 실험결과 그래프로서, LED(130)에서 롤링셔터카메라(140)까지의 거리 d를 일정하게 유지한 상태에서 펄스주파수에 따른 진폭응답 패턴을 도시한다. 도 4에서 높은 펄스주파수에서 롤링셔터카메라(140)의 반응이 작다는 것을 알 수 있으며, 셔터 속도보다 높은 펄스주파수에서 롤링셔터카메라(140)는 신호를 기록하지 못한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 LED(130)의 온/오프 펄스주파수는 롤링셔터카메라(140)의 셔터 속도 이내의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 일반적인 롤링셔터카메라(140)의 경우 4㎑의 셔터속도를 가지므로 본 실시 예에서는 100㎐~4㎑의 범위로 설정함이 바람직하다. 물론, 이는 일례에 불과하며 그 이상의 셔터 속도를 갖는 롤링셔터카메라(140)의 경우 LED(130)의 펄스주파수는 더 확장할 수 있음은 당연하다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신방법을 보이는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신방법에서는 데이터코딩부(110)에서 전송할 전송데이터를 코딩하고 상기 코딩된 전송데이터를 포함하는 데이터 프레임을 구성한다(S101). 본 실시 예에서 데이터 프레임은 전송하고자 하는 다수의 전송데이터별로 각각 구분되는 다수의 슈퍼프레임(20)이 연속적으로 배열되고, 이들 각 슈퍼프레임(20)은 연속적으로 반복되는 N개(N=자연수)의 데이터 서브 프레임(DS)(21)을 포함한다. 또한, 각각의 데이터 서브 프레임(21)은 상기와 같이 코딩된 전송데이터를 포함하는 데이터패킷(DP), 데이터패킷(DP)의 전단 및 후단에 각각 추가된 비동기비트(Ab), 전단 비동기비트의 전단에 추가된 시작프레임(SF)으로 구성된다.

이어, LED구동부(120)에서 설정된 펄스주파수에 따라 데이터 프레임에 대응하도록 LED(130)를 온/오프시킨다(S103). 이로써, LED(130)는 전송데이터를 포함하는 데이터 프레임에 대응하도록 온/오프된다. 구체적으로, 데이터 서브 프레임(21)에 포함된 시작프레임(SF), 전단 비동기비트(Ab), 데이터패킷(DP), 후단 비동기비트(Ab)에 대응하도록 온/오프된다. 물론, 이러한 데이터 서브 프레임(21)이 기설정된 N회 반복되도록 온/오프되며, 나아가 슈퍼프레임별로 구분되도록 온/오프되는 것이다.

계속해서, 롤링셔터카메라(140)에서 설정된 프레임속도에 따라 LED(130)의 온/오프 이미지를 롤링셔터방식으로 다수의 열(row)마다 연속적인 프레임 이미지로 캡쳐한다(S105). 롤링셔터카메라(140)는 한 캡쳐타임(10) 동안 다수의 열(row)마다 이미지를 촬영하여 캡쳐한다. 이때, 열(row)별 이미지 촬영은 기설정된 일정한 시간간격을 두고 비선형 스캔방식으로 이루어진다. 이는 카메라 내부에 마련된 이미지센서(미도시)의 각 열(row)을 순차적으로 기설정된 노출시간(integration time) 동안 노출시키되, 각각의 열(row)마다 일정한 시간간격으로 노출시키는 것이다. 첫 번째 열(row)의 마지막 노출시간과 마지막 열(row)의 마지막 노출시간을 프레임 시간(frame time)이라 하며 노출시간과 프레임시간이 캡쳐타임(capturing time)이 된다.

이후, 이미지처리부(150)에서 각 열(row)마다 연속 프레임 이미지로 캡쳐된 LED(130)의 온/오프 이미지의 밝기값에 따른 밝기신호를 생성하고(S107), 데이터추출부(160)에서 상기 밝기신호로부터 전송데이터를 추출한다(S109).

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신 시 데이터추출부에서 전송데이터를 추출하는 과정을 보이는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전송데이터 추출을 위해서, 먼저 데이터추출부(160)에서 캡쳐된 하나의 제1 프레임 이미지에서 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)를 추출한다(S201). 이어, 전단의 비동기비트(Ab)의 후단에 위치한 데이터패킷(DP)을 추출한다(S203). 계속해서 제1 프레임 이미지에서 데이터패킷(DP)의 후단에 있는 후단 비동기비트(Ab)가 있는지 판단하여(S205), 있으면 상기 데이터패킷(DP)으로부터 전송데이터를 추출하고(S207), 없으면 상기 제1 프레임 이미지에 연속으로 캡쳐된 이웃의 제2 프레임 이미지에서 후단의 비동기비트(Ab)를 추출한다(S209). 이와 같이, 제2 프레임 이미지에서 추출된 후단의 비동기비트(Ab)가 제1 프레임 이미지에서 추출된 전단의 비동기비트(Ab)와 일치하는지를 판단한다(S211). 일치하면 후단의 비동기비트(Ab)의 전단에 위치하는 데이터패킷(DP)을 추출한다(S213). 이는 동일한 전송데이터가 같은 경우 슈퍼프레임 내에서 연속되는 데이터 서브 프레임(DS)에 삽입된 비동기비트(Ab)는 모두 동일하기 때문에 데이터패킷(DP)의 전단 비동기비트(Ab)와 후단 비동기비트(Ab)가 같다면 그 내부에 포함된 데이터패킷(DP), 즉 전송데이터가 같다는 것을 의미하기 때문이다. 이어서, 제1 프레임 이미지에서 추출된 데이터패킷(DP)과 제2 프레임 이미지에서 추출된 데이터패킷(DP)을 조합하여 전송데이터를 추출한다(S215). 이로써, 2개의 이웃한 프레임 이미지로부터 전송데이터를 추출하게 된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 LED와 롤링셔터카메라를 이용한 광학카메라통신 시 전송데이터를 추출하는 과정을 보이는 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서 데이터추출부(160)에서 캡쳐된 하나의 제1 프레임 이미지에서 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)를 추출하고(S301), 이어, 전단의 비동기비트(Ab)의 후단에 위치한 데이터패킷(DP)을 추출한다(S303). 계속해서, 제1 프레임 이미지에서 데이터패킷(DP)의 후단에 후단 비동기비트(Ab)가 있는지 판단하여(S305), 있으면 상기 데이터패킷(DP)으로부터 전송데이터를 추출하고(S307), 없으면 그 추출된 시작프레임(SF)의 전단에 후단 비동기비트(Ab)가 있는지 판단한다(S309), 후단 비동기비트(Ab)가 있으면, 이러한 후단의 비동기비트(Ab)의 전단에 있는 데이터패킷(DP)과 상기의 S303 단계에서 추출된 데이터패킷(DP)을 조합하여 전송데이터를 추출한다(S311). 이는 하나의 프레임 이미지에 시작프레임(SF)과 전단의 비동기비트(Ab)를 확인하여 시작프레임(SF)의 전단에 있는 데이터패킷(DP)과 전단의 비동기비트(Ab)의 후단에 있는 데이터패킷(DP)으로부터 전송데이터를 추출하는 것으로서, 하나의 프레임 이미지에 의해 전송데이터를 추출하는 것이다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 데이터 코딩부 120 : LED 구동부
130 : LED 140 : 롤링셔터카메라
150 : 이미지처리부 160 : 데이터추출부

Claims

데이터 코딩부가 송신 데이터에 기초하여 수퍼 프레임들의 시퀀스를 생성하는 단계; 및
광원 구동부가 상기 수퍼 프레임들의 시퀀스에 따라 OOK 방식으로 광원을 점멸시키는 단계를 포함하며,
상기 수퍼 프레임들 각각은 복수의 동일한 데이터 서브 프레임들을 포함하고,
상기 복수의 동일한 데이터 서브 프레임들 각각은, 순서대로 시작 프레임, 전단 비동기 비트, 데이터 패킷, 및 후단 비동기 비트를 포함하고,
상기 데이터 패킷은 상기 송신 데이터에 기초하여 생성되고,
상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 상기 서브 프레임들 각각이 속한 수퍼 프레임을 구별하기 위해 사용되고, 상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 동일하며, 상기 수퍼 프레임들 중에서 수퍼 프레임 #(2n-1)에 속한 서브 프레임들에 포함된 상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 제1 값으로 설정되고, 상기 수퍼 프레임들 중에서 수퍼 프레임 #2n에 속한 서브 프레임들에 포함된 상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 제2 값으로 설정되고, 상기 n은 1 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 전단 비동기 비트는,
하나의 비트인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 상기 송신 데이터를 멘체스터 코딩하여 생성되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
제1항에 있어서,
상기 데이터 패킷은 상기 송신 데이터를 4B6B 코딩하여 생성되는 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 방법.
이미지 처리부가 이미지 센서로부터 롤링 셔터 방식으로 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 단계; 및
데이터 추출부가 상기 이미지들의 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 OOK 방식으로 송신 데이터 패킷들을 복원하는 단계를 포함하며,
상기 송신 데이터 패킷들을 복원하는 단계는,
상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 시작 프레임을 검출하는 단계;
상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 상기 시작 프레임의 전단의 후단 비동기 비트를 추출하는 단계;
상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 상기 시작 프레임의 후단의 전단 비동기 비트를 추출하는 단계; 및
상기 전단 비동기 비트 및 상기 후단 비동기 비트에 기초하여 상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 상기 송신 데이터 패킷들을 복원하는 단계를 포함하며,
상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 상기 송신 데이터 패킷들이 속한 수퍼 프레임을 구별하기 위해 사용되고, 제1 값으로 설정된 상기 전단 비동기 비트와 상기 제1 값으로 설정된 상기 후단 비동기 비트의 사이에 위치한 상기 송신 데이터 패킷들은 수퍼 프레임 #(2n-1)에 속한 것으로 판단되고, 제2 값으로 설정된 상기 전단 비동기 비트와 상기 제2 값으로 설정된 상기 후단 비동기 비트의 사이에 위치한 상기 송신 데이터 패킷들은 수퍼 프레임 #2n에 속한 것으로 판단되고, 상기 n은 1 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
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제5항에 있어서,
상기 전단 비동기 비트 및 상기 후단 비동기 비트 각각은,
하나의 비트인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
제5항에 있어서,
상기 송신 데이터 패킷들을 복원하는 단계는,
동일한 값을 갖는 연속되는 전단 또는 후단 비동기 비트들에 대하여,
전단 비동기 비트의 후단의 데이터 패킷과 후단 비동기 비트의 전단의 데이터 패킷에 기초하여 하나의 송신 데이터 패킷을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 방법.
송신 데이터에 기초하여 수퍼 프레임들의 시퀀스를 생성하는 데이터 코딩부; 및
상기 수퍼 프레임들의 시퀀스에 따라 OOK 방식으로 광원을 점멸시키는 광원 구동부를 포함하며,
상기 수퍼 프레임들 각각은 복수의 동일한 데이터 서브 프레임들을 포함하고,
상기 복수의 동일한 데이터 서브 프레임들 각각은, 순서대로 시작 프레임, 전단 비동기 비트, 데이터 패킷, 및 후단 비동기 비트를 포함하고,
상기 데이터 패킷은 상기 송신 데이터에 기초하여 생성되고,
상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 상기 서브 프레임들 각각이 속한 수퍼 프레임을 구별하기 위해 사용되고, 상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 동일하며, 상기 수퍼 프레임들 중에서 수퍼 프레임 #(2n-1)에 속한 서브 프레임들에 포함된 상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 제1 값으로 설정되고, 상기 수퍼 프레임들 중에서 수퍼 프레임 #2n에 속한 서브 프레임들에 포함된 상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 제2 값으로 설정되고, 상기 n은 1 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 광학 무선 송신 장치.
이미지 센서로부터 롤링 셔터 방식으로 광원의 점멸 상태를 연속적으로 촬영한 이미지들을 수신하는 이미지 처리부; 및
상기 이미지들의 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 OOK 방식으로 송신 데이터 패킷들을 복원하는 데이터 추출부를 포함하며,
상기 송신 데이터 패킷들을 복원하는 경우에 상기 데이터 추출부는,
상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 시작 프레임을 검출하고,
상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 상기 시작 프레임의 전단의 후단 비동기 비트를 추출하고,
상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 상기 시작 프레임의 후단의 전단 비동기 비트를 추출하고,
상기 전단 비동기 비트 및 상기 후단 비동기 비트에 기초하여 상기 라인별 상기 광원의 점멸 상태로부터 상기 송신 데이터 패킷들을 복원하고,
상기 전단 비동기 비트와 상기 후단 비동기 비트는 상기 송신 데이터 패킷들이 속한 수퍼 프레임을 구별하기 위해 사용되고, 제1 값으로 설정된 상기 전단 비동기 비트와 상기 제1 값으로 설정된 상기 후단 비동기 비트의 사이에 위치한 상기 송신 데이터 패킷들은 수퍼 프레임 #(2n-1)에 속한 것으로 판단되고, 제2 값으로 설정된 상기 전단 비동기 비트와 상기 제2 값으로 설정된 상기 후단 비동기 비트의 사이에 위치한 상기 송신 데이터 패킷들은 수퍼 프레임 #2n에 속한 것으로 판단되고, 상기 n은 1 이상의 정수인 것을 특징으로 하는 광학 무선 수신 장치.
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