用于光編碼的方法、光模塊和接收單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將數(shù)據(jù)嵌入到光中的方法和光模塊以及用于接收光的接收單元。更特別地，本發(fā)明的方法、光模塊和接收單元涉及可見(jiàn)光通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]可見(jiàn)光通信(VLC)是一種數(shù)據(jù)通信方法，其中數(shù)據(jù)嵌入到發(fā)射可見(jiàn)光(通常在375-780nm波長(zhǎng)范圍內(nèi))的光源的光輸出中。在VLC中，希望的是將發(fā)光二極管(LED)用作光源，因?yàn)榕c熒光燈相比，LED能夠?qū)崿F(xiàn)高得多的數(shù)據(jù)傳輸率。
[0003]編碼光作為一種特殊VLC技術(shù)被提出以便允許實(shí)現(xiàn)光源的高級(jí)控制以及使用這些光源傳輸信息。由于光源的主要目的典型地為照明，因而重要的是光源的光輸出的調(diào)制對(duì)于人眼不可見(jiàn)，也稱(chēng)為無(wú)閃爍調(diào)制。現(xiàn)有技術(shù)中開(kāi)發(fā)了不同的方法以實(shí)現(xiàn)光輸出的無(wú)閃爍調(diào)制，其中光源的光輸出的幅度或強(qiáng)度調(diào)制是最常應(yīng)用的方法之一。在該方法中，為了嵌入數(shù)據(jù)，或者完全接通/關(guān)斷(通-斷鍵控)光源，或者修改幅度。該方法典型地需要與編碼方法組合以便降低對(duì)人眼可見(jiàn)的數(shù)百赫茲以下的頻率中的光譜含量。由于該編碼的原因，有效數(shù)據(jù)率降低，并且需要應(yīng)用更高的帶寬以便實(shí)現(xiàn)相同的數(shù)據(jù)率。這可能是挑戰(zhàn)性的，因?yàn)長(zhǎng)ED及其關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器典型地在其帶寬方面是受限的。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于VLC的另一方法是頻率調(diào)制或者頻移鍵控。在這里，通過(guò)在兩個(gè)不同的調(diào)制(開(kāi)關(guān))頻率之間切換而嵌入數(shù)據(jù)，其中例如一個(gè)頻率表示“O”位并且第二頻率表示“I”位。該方法的缺點(diǎn)在于，應(yīng)用的頻率需要較高以避免可見(jiàn)的閃爍，這降低了可用于數(shù)據(jù)通信的有效帶寬。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中用于VLC調(diào)制的甚至更進(jìn)一步的方法使用了具有不同色點(diǎn)(色度圖中的X，y坐標(biāo))的多個(gè)光源以便將數(shù)據(jù)嵌入到光中。在該方法中，感知的光強(qiáng)度在顏色變化的同時(shí)保持恒定。這基于以下理解:人眼對(duì)色點(diǎn)變化不及對(duì)強(qiáng)度變化敏感。然而，該方法的缺點(diǎn)在于，調(diào)制幅度只能是有限的，因?yàn)榉駝t的話將出現(xiàn)不想要的可見(jiàn)性。可替換地，調(diào)制頻率需要較高，這可能也是不希望的。此外，使用的光源需要具有關(guān)于彼此充分不同的色點(diǎn)(例如紅色、綠色、藍(lán)色)，這對(duì)于一般光照(例如白色光)而言可能不是所希望的。
[0006]有鑒于此，希望提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)中的調(diào)制方法的上述缺點(diǎn)的可替換的光調(diào)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是在提供光輸出的無(wú)閃爍調(diào)制的同時(shí)提供對(duì)于光編碼的調(diào)制帶寬的拓寬。這個(gè)目的和其他目的通過(guò)一種具有獨(dú)立權(quán)利要求中所闡述的特征的、用于發(fā)射光的方法和光模塊以及用于接收光的接收單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中限定了優(yōu)選的實(shí)施例。
[0008]因此，依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于將數(shù)據(jù)嵌入到光中的方法。該方法包括步驟:操作被布置成發(fā)射具有顏色坐標(biāo)和發(fā)光強(qiáng)度的光的至少兩個(gè)光源。該方法進(jìn)一步包括步驟:操作所述至少兩個(gè)光源，使得每個(gè)光源被布置成發(fā)射可與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分的光；以及將數(shù)據(jù)嵌入到從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光中。該方法進(jìn)一步包括步驟:操作所述至少兩個(gè)光源，使得從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光的顏色坐標(biāo)隨著時(shí)間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)。此外，該方法包括步驟:操作所述至少兩個(gè)光源，使得從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光的發(fā)光強(qiáng)度隨著時(shí)間維持在第二有界區(qū)間內(nèi)。
[0009]依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種被布置成將數(shù)據(jù)嵌入到光中的光模塊。該光模塊被配置成:操作被布置成發(fā)射具有顏色坐標(biāo)和發(fā)光強(qiáng)度的光的至少兩個(gè)光源，其中每個(gè)光源被布置成發(fā)射可與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分的光；并且將數(shù)據(jù)嵌入到從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光中。該光模塊進(jìn)一步被配置成:操作所述至少兩個(gè)光源，使得從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光的顏色坐標(biāo)隨著時(shí)間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)。此外，該光模塊被配置成:操作所述至少兩個(gè)光源，使得從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光的發(fā)光強(qiáng)度隨著時(shí)間維持在第二有界區(qū)間內(nèi)。
[0010]依照本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于接收光的接收單元。該接收單元被配置成接收從被布置成發(fā)射具有顏色坐標(biāo)和發(fā)光強(qiáng)度的光的至少兩個(gè)光源發(fā)射的光，其中每個(gè)光源被布置成發(fā)射可與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分的光，其中數(shù)據(jù)被嵌入到發(fā)射的光中，并且其中從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光的顏色坐標(biāo)隨著時(shí)間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)，并且從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光的發(fā)光強(qiáng)度隨著時(shí)間維持在第二有界區(qū)間內(nèi)。該接收單元進(jìn)一步被布置成檢測(cè)嵌入到接收的光中的數(shù)據(jù)?！敖邮諉卧痹谶@里指的是幾乎任何用于接收、檢測(cè)和/或記錄光的單元，例如接收器、傳感器、檢測(cè)器等等，其中該接收單元可以進(jìn)一步為CMOS傳感器或者CXD傳感器陣列。
[0011]因此，本發(fā)明的第一和第二方面基于通過(guò)操作至少兩個(gè)光源而將數(shù)據(jù)嵌入到光中的思想，其中來(lái)自每個(gè)光源的光可與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分。換言之，數(shù)據(jù)被嵌入到發(fā)射的光中，因?yàn)閬?lái)自每個(gè)光源的光可在光的至少一個(gè)屬性方面與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分(分離、不同)。此外，操作所述至少兩個(gè)光源，使得從這些光源發(fā)射的光的顏色坐標(biāo)和發(fā)光強(qiáng)度隨著時(shí)間維持在各自的有界區(qū)間內(nèi)。類(lèi)似地，本發(fā)明的第三方面基于接收如本發(fā)明的第一和/或第二方面發(fā)射的光并且檢測(cè)嵌入到接收的光中的數(shù)據(jù)的思想。
[0012]本發(fā)明的第一和第二方面是有利的，因?yàn)樗鼈兲峁┝嗽诰S持光的(幾乎)恒定的顏色和發(fā)光強(qiáng)度的同時(shí)借助于來(lái)自光源的可區(qū)分的光對(duì)光進(jìn)行調(diào)制，這導(dǎo)致操作期間從光源發(fā)射的光的無(wú)閃爍調(diào)制。由于人眼對(duì)于光的強(qiáng)度變化非常敏感，因而本發(fā)明第一和第二方面提供的光的(幾乎)恒定的發(fā)光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸期間來(lái)自光源的令人愉快的、便利的且無(wú)閃爍的光。形成對(duì)照的是，現(xiàn)有技術(shù)中的調(diào)制技術(shù)(例如頻率和/或強(qiáng)度調(diào)制技術(shù))經(jīng)常呈現(xiàn)不便利和/或閃爍的光，該光對(duì)于經(jīng)受該光的人而言可能被感知為擾人的。此外，由于本發(fā)明的第一和第二方面能夠通過(guò)維持來(lái)自光源的光的顏色坐標(biāo)而提供該光的(幾乎)恒定的顏色，因而本發(fā)明的第一和第二方面甚至進(jìn)一步對(duì)被人眼感知為令人愉快和便利的照明產(chǎn)生貢獻(xiàn)。因此，本發(fā)明的第一和第二方面也提供了與現(xiàn)有技術(shù)的其中將數(shù)據(jù)嵌入到光的顏色輸出中，即其中改變光的顏色的調(diào)制技術(shù)相比改進(jìn)的照明。因此，本發(fā)明的方法和光模塊提供了對(duì)于經(jīng)受發(fā)射的光的人而言被感知為連續(xù)且平滑(即非擾人)的光輸出，導(dǎo)致與現(xiàn)有技術(shù)中的裝置相比改進(jìn)的照明。
[0013]由于所述方法和光模塊能夠操作所述至少兩個(gè)光源，使得來(lái)自這些光源的光的顏色坐標(biāo)和發(fā)光強(qiáng)度(幾乎)恒定，因而來(lái)自這些光源的光可以進(jìn)一步用于任何目的的(普通)照明，例如房間、辦公室、商店等等中的光照。例如，來(lái)自這些光源的光可以在不分散觀察者的注意力的情況下幫助個(gè)人例如寫(xiě)字、閱讀等等。依照本發(fā)明的第一和第二方面的光源的操作提供了被個(gè)人感知為便利且令人愉快的均勻、平滑、規(guī)則的光，并且進(jìn)一步避免了將注意力吸引到來(lái)自光源本身的照明。
[0014]本發(fā)明的方法和光模塊進(jìn)一步是有利的，因?yàn)樘峁┝斯饩幋a的與現(xiàn)有技術(shù)中的方法和/或裝置相比拓寬的調(diào)制帶寬。通過(guò)將數(shù)據(jù)嵌入到光中，其中每個(gè)光源被布置成發(fā)射可與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分的光，光輸出的調(diào)制與其中為了數(shù)據(jù)通信降低有效帶寬的現(xiàn)有技術(shù)中的裝置(例如使用強(qiáng)度調(diào)制、頻率調(diào)制和/或頻移鍵控)相比被改進(jìn)。因此，本發(fā)明的高效且便利的方法和光模塊避免了更復(fù)雜、間接和/或更昂貴的方法和/或裝置用于數(shù)據(jù)傳輸。
[0015]本發(fā)明的方法和光模塊進(jìn)一步提供了應(yīng)用不同顏色坐標(biāo)的調(diào)制方法的替代解決方案以便將數(shù)據(jù)嵌入到發(fā)射的光中。這點(diǎn)被實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制方法中的光源可能要求充分不同的色點(diǎn)(例如R、G、B)，這對(duì)于一般光照(例如白色光)而言可能不是所希望的。
[0016]所述方法包括步驟:操作至少兩個(gè)光源。換言之，該方法包括步驟:操作數(shù)量在兩個(gè)與全部之間的光源，其中可以同時(shí)操作兩個(gè)或更多光源，或者其中可以一次操作一個(gè)光源。此外，所述至少兩個(gè)光源被布置成發(fā)射具有顏色坐標(biāo)和發(fā)光強(qiáng)度的光?！邦伾鴺?biāo)”指的是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言稱(chēng)為色度圖的顏色空間的xy平面。
[0017]所述方法進(jìn)一步包括步驟:操作所述至少兩個(gè)光源，使得每個(gè)光源被布置成發(fā)射可與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分的光，其中數(shù)據(jù)被嵌入到光中。換言之，每個(gè)光源能夠發(fā)射具有至少一個(gè)獨(dú)特/個(gè)別屬性的光，使得該光可與至少一個(gè)其他光源的光區(qū)分。
[0018]所述方法進(jìn)一步包括步驟:操作所述至少兩個(gè)光源，使得來(lái)自所述至少兩個(gè)光源的光的顏色坐標(biāo)隨著時(shí)間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)，并且來(lái)自所述至少兩個(gè)光源的光的發(fā)光強(qiáng)度隨著時(shí)間維持在第二有界區(qū)間內(nèi)?！坝薪鐓^(qū)間”在這里指的是(非常)窄的、預(yù)定的有界區(qū)間，使得來(lái)自這些光源的光的顏色坐標(biāo)(幾乎)相等。因此，由于所述方法操作光源以便將來(lái)自光源的光的顏色坐標(biāo)隨著時(shí)間維持在沿著色度圖的X軸和y軸的(窄的、預(yù)定)有界區(qū)間內(nèi)，因而顏色被經(jīng)受該光的個(gè)人體驗(yàn)為相同(恒定)的顏色。類(lèi)似地，來(lái)自光源的光的發(fā)光強(qiáng)度(幾乎)恒定，即光的發(fā)光強(qiáng)度被人眼感知為(幾乎)恒定。因此，所述方法維持/保持來(lái)自光源的光的恒定顏色以及恒定發(fā)光強(qiáng)度。
[0019]可替換地，可以操作所述至少兩個(gè)光源，使得從所述至少兩個(gè)光源發(fā)射的光的發(fā)光強(qiáng)度維持在有界區(qū)間內(nèi)，其中發(fā)光強(qiáng)度在相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間尺度上減小或增大。換言之，可以操作兩個(gè)光源，使得光的發(fā)光強(qiáng)度(緩慢地)調(diào)暗或者(緩慢地)增大，因?yàn)橄鄬?duì)較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上的發(fā)光強(qiáng)度減小或增大仍然提供了被個(gè)人感知為便利且令人愉快的照明。
[0020]應(yīng)當(dāng)理解的是，上面與本發(fā)明第一方面的方