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      除了照明,LED還能這樣快速地傳遞信息……

      發布時間:2020-12-05人氣:13

          可見光通信( VLC),是利用熒光燈或發光二極管(LED)等發出的肉眼難分辨的高速明暗變化光信號傳輸信息。目前,LED可見光通信技術最新進展如何?

        除了照明,LED擔負了數據傳遞

        LED為人類創造出低耗電的照明選擇之外,更進一步地被賦予了在照明的同時,也能擔負著訊息或數據的傳遞。

        以目前來說,商品或展示物的訊息數據,大多都是透過QR Code或NFC標簽等等的貼付,再透過智能型手機或產品,經過感應和拍攝來獲得相關的訊息,但是,像一些美術品、建筑景觀上,就非常難利用QR Code或NFC標簽,因為不僅僅會影響美觀,更有可能會對物品造成程度不一的損傷,事實上,無論QR Code或NFC標簽在應用上,都還是存在一定程度的局限性。此外,如果同一時間下,相當多人圍聚在QR Code或NFC標簽前的話,在外圍的人也不容易靠近QR Code或NFC標簽。因此,具有長距離傳播能力的LED組件,就開始被考慮如何應用在信息的傳播上。

        在過去,LED被研發用來作為可視光無線通信時,大多都是利用單色(白光)LED的輝度(明暗差別),而目前最新研發的LED可視光通訊技術,和過去所不同的是,并非只有白光LED,而是更擴大的善用各種不同顏色(波長)的LED,并且在例如,招牌照明、展示櫥柜等地間接光(反射)情況下,也能夠正確且快速地傳遞大量訊息。

        基于LED的新一代信息傳送技術

        日本富士通研究所藉由LED的特性,透過LED的照射以及搭配智能型組件,開發出了2維編碼的新一代信息傳送技術-「FlowSign Light」。

        如果沒有特別說明的話,一般人均會認為圖片只是一個相當普通的鮮果展示櫥柜,但當拿著安裝特殊APP的手機拍攝水果時,就會接受到從LED傳送過來的訊息,詳細的介紹著水果料理或其他相關的信息(圖1)。

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      圖1 : 將手機朝向水果取景,預先儲存在數據庫中的訊息就源源不絕的透過LED傳送到手機之中

        這個新開發的技術,在進行2維編碼讀取時,并不需要特別將手機的鏡頭對焦櫥柜中的特定點,只需要將手機朝向水果取景,預先儲存在數據庫中的訊息就源源不絕的透過LED傳送到手機之中,同時也不需要使用或額外加裝特殊的設備機器,只需簡單的下載專用APP就能夠讀取從云端傳送過來的數據(圖2~4)

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      圖2 : 乍看之下,這只是相當普通的鮮果展示櫥柜

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      圖3 : 這時只要拿著安裝有特定APP的手機,將手機鏡頭對準櫥柜中的LED

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      圖4 : 手機的屏幕就立刻顯示出蔬果的料理或其他相關的信息

        信息的傳送過程隱藏在LED之中

        事實上,日本富士通研究所是利用LED的瞬間點滅與不同光色的搭配,將信息的傳送過程隱藏在LED之中,再透過智能型組件接收后,進行譯碼再傳送到云端。當然,訊息提供方需要預先將相關數據事先上傳到云端服務器之中,并且進行數據的ID注冊,當在手機朝向LED取景時,手機便會將從LED所接收到的ID傳回云端,并且向云端請求傳送預先已經在云端注冊ID的預除數據,再透過網絡下載到手機之中,并且顯示在屏幕上,提供用戶更豐富的信息(圖5)。

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      圖5 : 利用LED的瞬間點滅與不同光色的搭配,將信息的傳送過程隱藏在LED之中,再透過智能型組件接收后,進行譯碼再傳送到云端。

        雖然可能認為讀取LED照明的光線是蠻容易的一件事,但是如果要實現透過光線來獲得數據,有幾個技術性的問題需要厘清與克服。在這其中的一個問題是來自于反射光,由于手機或智能型組件所接收到的光線,并非完全是來自于從LED所直接發射的光線,有一大部分是來自于反射,因此經過反射的光線,在顏色上會有相當程度的變化,例如,LED的光線,照射到紅色蘋果之后,所反射的光線,大多的紅光都能夠被反射,但是例如短波長的藍光和中波長的綠光,有一部分會被吸收,這時,藍光和綠光的強度就會變弱,這時經過反射光線的光質,和原先從LED所發出的光結構就理所當然地出現變化。

        更進一步的,如果反射物的對象是像木炭之類的黑色物品,那么,會被反射出來的光量就會更加弱化,因為大部分都會被吸收而無法反射出來。因此如果要達到正確無誤的讓手機或智能型組件,正確無誤的判讀出反射光線,那么這方面的技術問題就非得克服不可。

        這時,就必須依賴APP軟件對于所收到光線的誤差判讀與處理的能力了,當然,這必須經過相當長時間的實驗和調整,將各種不同顏色、材質的物品,一個個的進行試驗與APP的誤差、精確度調整,讓所接收到的反射光不會因為材質及顏色的影響而出現誤判(圖6)。

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      圖6 : APP軟件必須經過相當長時間的實驗和調整,使得接收到的反射光不會因為材質及顏色的影響而出現誤判

        讀取光線的APP

        日本富士通研究所所開發這個技術的特點是,只需要利用照明LED、可拍攝讀取畫面的相機,就能夠隨時隨地廣泛的應用,這也是最初開發時的立意。

        事實上,以LED來說有相當多的類型與技術,甚至會有相當嚴格的一些條件應用在不同的環境或產品上,例如,在居家照明方面,就會追求相當高標準的照度、色溫或演色性,但對于「FlowSign Light」所需要的照明LED,就不需要特別考慮這些,只需要使用具有紅藍綠三色的LED照明燈具,就有可能可以應用這一個技術(圖7)。

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      圖7 : 利用紅藍綠三色的強弱控制,就能夠達到內藏訊息的能力

        此外,在APP的部分,為了要達到讓一般性的智能型手機或產品接收到內建信息的光線,以及讓使用者能夠相當容易使用的目標。在讀取光線的APP就必須對于相機的各種參數進行細微的控制,包括分辨率和色差等等,這樣才能夠讓不同品牌的相機或手機成功的接收有內建信息的光線,而不至于產生不一致的結果。同時,也因為要達到廣泛應用,并非只有僅僅對最新的手機機種進行調整APP,甚至于舊型的機種也必須一并考慮進去,此外,針對無法使用智能型手機或產品的對象,還必須開發專用的讀取設備。

        FlowSign Light技術

        根據日本富士通研究所的構想,這個利用LED接收的并不是僅僅只有ID信息,透過這樣的技術,例如拍攝到電視購物的產品時,當正在思考著「超想買這個產品」或「這個音樂超棒的」等等時,就會從智能型組件或者手機的畫面中再傳來產品的信息以及在線購物的畫面。更進一步的,還可以在觀看廣告時,想更進一步產品訊息,就可以透過這個技術,繼續在屏幕上連接到產品的網站,了解到該產品更多的數據或特價宣傳信息。

        因此,「FlowSign Light」不僅僅應用在上述的環境,包括博物館、美術館等等,都可以利用這個技術讓參觀者或的更多的展示物品訊息。而在演場會的活動,也可以經由各個環境中的LED照明設備,讓希望參加的對象能透過手機等智能型產品,來了解演場會的演唱曲目、購買入場門票….等。

        透過「FlowSign Light」的技術,經由光線傳遞各式各樣的信息,目前已經正式的商用化了。在2017年年中,富士通和BEAMS合作,將「FlowSign Light」技術應用在BEAMS購物商場之中(圖8)。商場中,富士通拍攝了ASCON的產品,并做成一幅幅的相框,當消費者進入BEAMS購物商場后,走到ASCON產品攤位時,就能夠透過手機或智能型組件拍攝相框,來獲得產品的各項訊息。

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      圖8 : 消費者進入BEAMS后,能夠透過手機或智能型組件拍攝ASCON產品相框來獲得產品的訊息

        而在博物館、展示館、美術館等等的場所,在未來如果采用這個技術的話,或許在展覽物的展示以及觀賞的方式也將會隨之改變。

        如果參觀著手上持有智能型手機或產品的話,就能夠利用這個技術,在有LED照明之下拍攝展覽物后,透過網絡連接到云端,隨后就可下載預先傳到云端的展覽物的詳細說明、甚至于影片等等(圖9)。

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      圖9 : 在有LED照明之下拍攝展覽物后,就可下載預先傳到云端的展覽物的詳細說明。(上)在博物館應用上,能夠顯示出展示物品的介紹說明(下)也能夠應用在語音導覽上

        光ID技術

        隨著戶外及店面期望提供給消費者的廣告信息內容不斷的增加,對于電子廣告牌的市場來說,也逐漸地期待高效率性的廣告信息的發布、管理等等的整體解決方案的出現。再加上智能型手機的普及,而信息傳遞業者依賴智能型手機來接觸潛力客戶,以及傳布訊息的需求也隨之擴大。因此,如何善用顯示設備搭配智能型手機來達到傳播更多元化、更豐富的信息給潛力客戶,也就成了顯示設備急欲發展的重點之一。

        日本Panasonic同樣是善用LED的特殊能力,開發出了稱之為「光ID」的LED通訊技術,Panasonic利用人眼無法察覺的高頻率LED點滅方式,將預計傳送給智能型手機的數據隱藏其中,只要透過智能型手機安裝專用的APP軟件,僅靠APP軟件就夠建立起「光ID」發送設備(電子廣告牌用屏幕、LED字幕機、LED廣告牌等)和手機之間溝通的橋梁,讓手機順利接收到來自「光ID」發送設備的訊號(圖10)。

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      圖10 : 日本Panasonic 同樣是善用LED的特殊能力,開發出稱之為「光ID」的LED通訊技術

        “光ID”LED背光模塊

        此外,PANASONIC更進一步的將此一技術應用在液晶電視的背光模塊之中,開發出同樣可以進行高頻率點滅,并且傳送特殊訊號的「光ID」LED背光模塊。

        透過這一個技術,可以讓更多各式各樣的電子廣告牌,除了屏幕上顯示的訊息之外,一樣具有連接智能型手機后,傳達更多數據的能力,這同時也更擴大電子廣告牌應用領域與環境,例如包括了,物流產業、交通領域、以及博物館、展示場所等等。

        采用這款技術的顯示屏幕,不僅僅要采用具有「光ID」能力的LED背光模塊之外,還需要搭配傳遞信息的專用機頂盒(STB;Set Top Box),來讓顯示屏幕除了撥放出原有的影片的同時,還能透過具有「光ID」能力的LED背光模塊傳送特殊訊號,給裝有專用APP軟件的智能型手機。更可以透過切割LED背光區塊,讓LED背光模塊同時傳送多組不同的訊息給智能型手機等等的「光ID」接收設備。

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      圖11 : 光ID技術活用案例(1)

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      圖12 : 光ID技術活用案例(2)

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      圖13 : 光ID技術活用案例(3)

        此外,一些具有歷史或參觀價值的建筑,也可以利用戶外的LED照明來內建ID,讓參觀者拍攝建筑物時,也能夠同步的接收到建筑物的說明,以及歷史背景的資料或影片等等。

        透過相當普及的LED照明燈具,就能非常輕易的充分利用「FlowSign Light」技術,而讓應用的范圍更加的廣闊。如果能夠更進一步的研究開發的話,相信透過「LED通訊」這樣的技術,不僅僅在店面的商品、美術品、人物、建筑物等等都能直接透過網絡進行商業或文化的活動交流,并且更能夠活用云端的技術,讓「內容」的傳遞更為便利化,相信這樣的未來應該很快就能夠到來。

        未來戰場上,LED大有可為

        未來戰場上,要滿足與日俱增的軍事領域無線通信需求可不容易:傳輸容量大、組網靈活、電磁兼容性好、保密要求高……使得傳統的無線電波通信面臨嚴峻挑戰。而可見光通信所具有的特殊優勢,使其不僅可與無線電波通信綜合運用、相得益彰,更有望在通信以外領域大展身手。

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        01、“上天”“入地”“下?!钡耐ㄐ拍苁?/p>

        在飛機、地下坑道、水面艦艇、潛艇等特殊場所內部通信中,為防止射頻信號干擾,往往對無線電設備使用提出嚴格限制。1982年英阿馬島戰爭中,英“謝菲爾德”號就是因為艦載無線通信系統與艦載預警雷達之間難以兼容共用,從而使艦載雷達不能及時開機并發現來襲的“飛魚”導彈,直接導致了艦毀人亡的災難性后果。而有了可見光通信之后,只需在上述特殊場所加裝中央控制器和一系列LED光源,就能在達成通信的同時有效規避電磁干擾,從而為作戰平臺內部實現快速通信、對潛通信、水下特種作戰通信等提供高效安全的通信手段。

        02、高精度導航定位的“專家”

        可見光通信中央控制器是通過將導航信息傳送給LED信息節點,再以可見光為載體傳到光照范圍之內的武器平臺終端,該終端使用內嵌的光敏探測器就可以獲取最及時的動態戰場環境、最優路線和坐標位置等導航定位信息。有關研究表明,綜合采取戰場LED信息節點網絡科學布局、算法設計和信號處理優化等措施,就能使可見光導航定位精度達到厘米級。

        03、目標識別與戰場防誤傷的利器

        通過為己方各類武器平臺加裝LED燈光識別設備,平臺與平臺、平臺與LED信息節點之間就能依托特定的信號編碼開展實時通信與身份識別,武器平臺通過對接收的LED燈光信號閃爍規律進行識讀,就能有效判定此信號的敵我屬性,從而及時作出有效應對措施,最大程度確保自身安全。


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