用于光編碼的方法、光模塊和接收單元的制作方法
【技術領域】
[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光通信領域。
【背景技術】
[0002]可見光通信(VLC)是一種數(shù)據(jù)通信方法，其中數(shù)據(jù)嵌入到發(fā)射可見光(通常在375-780nm波長范圍內(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，因為與熒光燈相比，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技術被提出以便允許實現(xiàn)光源的高級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)制對于人眼不可見，也稱為無閃爍調(diào)制。現(xiàn)有技術中開發(fā)了不同的方法以實現(xiàn)光輸出的無閃爍調(diào)制，其中光源的光輸出的幅度或強度調(diào)制是最常應用的方法之一。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人眼可見的數(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，并且需要應用更高的帶寬以便實現(xiàn)相同的數(shù)據(jù)率。這可能是挑戰(zhàn)性的，因為LED及其關聯(lián)的驅(qū)動器典型地在其帶寬方面是受限的。
[0004]現(xiàn)有技術中應用于VLC的另一方法是頻率調(diào)制或者頻移鍵控。在這里，通過在兩個不同的調(diào)制(開關)頻率之間切換而嵌入數(shù)據(jù)，其中例如一個頻率表示“O”位并且第二頻率表示“I”位。該方法的缺點在于，應用的頻率需要較高以避免可見的閃爍，這降低了可用于數(shù)據(jù)通信的有效帶寬。
[0005]現(xiàn)有技術中用于VLC調(diào)制的甚至更進一步的方法使用了具有不同色點(色度圖中的X，y坐標)的多個光源以便將數(shù)據(jù)嵌入到光中。在該方法中，感知的光強度在顏色變化的同時保持恒定。這基于以下理解:人眼對色點變化不及對強度變化敏感。然而，該方法的缺點在于，調(diào)制幅度只能是有限的，因為否則的話將出現(xiàn)不想要的可見性?？商鎿Q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于彼此充分不同的色點(例如紅色、綠色、藍色)，這對于一般光照(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)有技術中的調(diào)制方法的上述缺點的可替換的光調(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閃爍調(diào)制的同時提供對于光編碼的調(diào)制帶寬的拓寬。這個目的和其他目的通過一種具有獨立權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實現(xiàn)。從屬權利要求中限定了優(yōu)選的實施例。
[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)射具有顏色坐標和發(fā)光強度的光的至少兩個光源。該方法進一步包括步驟:操作所述至少兩個光源，使得每個光源被布置成發(fā)射可與至少一個其他光源的光區(qū)分的光；以及將數(shù)據(jù)嵌入到從所述至少兩個光源發(fā)射的光中。該方法進一步包括步驟:操作所述至少兩個光源，使得從所述至少兩個光源發(fā)射的光的顏色坐標隨著時間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)。此外，該方法包括步驟:操作所述至少兩個光源，使得從所述至少兩個光源發(fā)射的光的發(fā)光強度隨著時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)射具有顏色坐標和發(fā)光強度的光的至少兩個光源，其中每個光源被布置成發(fā)射可與至少一個其他光源的光區(qū)分的光；并且將數(shù)據(jù)嵌入到從所述至少兩個光源發(fā)射的光中。該光模塊進一步被配置成:操作所述至少兩個光源，使得從所述至少兩個光源發(fā)射的光的顏色坐標隨著時間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)。此外，該光模塊被配置成:操作所述至少兩個光源，使得從所述至少兩個光源發(fā)射的光的發(fā)光強度隨著時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)射具有顏色坐標和發(fā)光強度的光的至少兩個光源發(fā)射的光，其中每個光源被布置成發(fā)射可與至少一個其他光源的光區(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光源發(fā)射的光的顏色坐標隨著時間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)，并且從所述至少兩個光源發(fā)射的光的發(fā)光強度隨著時間維持在第二有界區(qū)間內(nèi)。該接收單元進一步被布置成檢測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、檢測和/或記錄光的單元，例如接收器、傳感器、檢測器等等，其中該接收單元可以進一步為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操作至少兩個光源而將數(shù)據(jù)嵌入到光中的思想，其中來自每個光源的光可與至少一個其他光源的光區(qū)分。換言之，數(shù)據(jù)被嵌入到發(fā)射的光中，因為來自每個光源的光可在光的至少一個屬性方面與至少一個其他光源的光區(qū)分(分離、不同)。此外，操作所述至少兩個光源，使得從這些光源發(fā)射的光的顏色坐標和發(fā)光強度隨著時間維持在各自的有界區(qū)間內(nèi)。類似地，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，因為它們提供了在維持光的(幾乎)恒定的顏色和發(fā)光強度的同時借助于來自光源的可區(qū)分的光對光進行調(diào)制，這導致操作期間從光源發(fā)射的光的無閃爍調(diào)制。由于人眼對于光的強度變化非常敏感，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)光強度實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸期間來自光源的令人愉快的、便利的且無閃爍的光。形成對照的是，現(xiàn)有技術中的調(diào)制技術(例如頻率和/或強度調(diào)制技術)經(jīng)常呈現(xiàn)不便利和/或閃爍的光，該光對于經(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維持來自光源的光的顏色坐標而提供該光的(幾乎)恒定的顏色，因而本發(fā)明的第一和第二方面甚至進一步對被人眼感知為令人愉快和便利的照明產(chǎn)生貢獻。因此，本發(fā)明的第一和第二方面也提供了與現(xiàn)有技術的其中將數(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)制技術相比改進的照明。因此，本發(fā)明的方法和光模塊提供了對于經(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，導致與現(xiàn)有技術中的裝置相比改進的照明。
[0013]由于所述方法和光模塊能夠操作所述至少兩個光源，使得來自這些光源的光的顏色坐標和發(fā)光強度(幾乎)恒定，因而來自這些光源的光可以進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人例如寫字、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人感知為便利且令人愉快的均勻、平滑、規(guī)則的光，并且進一步避免了將注意力吸引到來自光源本身的照明。
[0014]本發(fā)明的方法和光模塊進一步是有利的，因為提供了光編碼的與現(xiàn)有技術中的方法和/或裝置相比拓寬的調(diào)制帶寬。通過將數(shù)據(jù)嵌入到光中，其中每個光源被布置成發(fā)射可與至少一個其他光源的光區(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)有技術中的裝置(例如使用強度調(diào)制、頻率調(diào)制和/或頻移鍵控)相比被改進。因此，本發(fā)明的高效且便利的方法和光模塊避免了更復雜、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一步提供了應用不同顏色坐標的調(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。這點被實現(xiàn)，因為現(xiàn)有技術的調(diào)制方法中的光源可能要求充分不同的色點(例如R、G、B)，這對于一般光照(例如白色光)而言可能不是所希望的。
[0016]所述方法包括步驟:操作至少兩個光源。換言之，該方法包括步驟:操作數(shù)量在兩個與全部之間的光源，其中可以同時操作兩個或更多光源，或者其中可以一次操作一個光源。此外，所述至少兩個光源被布置成發(fā)射具有顏色坐標和發(fā)光強度的光?！邦伾鴺恕敝傅氖菍τ诒绢I域技術人員而言稱為色度圖的顏色空間的xy平面。
[0017]所述方法進一步包括步驟:操作所述至少兩個光源，使得每個光源被布置成發(fā)射可與至少一個其他光源的光區(qū)分的光，其中數(shù)據(jù)被嵌入到光中。換言之，每個光源能夠發(fā)射具有至少一個獨特/個別屬性的光，使得該光可與至少一個其他光源的光區(qū)分。
[0018]所述方法進一步包括步驟:操作所述至少兩個光源，使得來自所述至少兩個光源的光的顏色坐標隨著時間維持在第一有界區(qū)間內(nèi)，并且來自所述至少兩個光源的光的發(fā)光強度隨著時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、預定的有界區(qū)間，使得來自這些光源的光的顏色坐標(幾乎)相等。因此，由于所述方法操作光源以便將來自光源的光的顏色坐標隨著時間維持在沿著色度圖的X軸和y軸的(窄的、預定)有界區(qū)間內(nèi)，因而顏色被經(jīng)受該光的個人體驗為相同(恒定)的顏色。類似地，來自光源的光的發(fā)光強度(幾乎)恒定，即光的發(fā)光強度被人眼感知為(幾乎)恒定。因此，所述方法維持/保持來自光源的光的恒定顏色以及恒定發(fā)光強度。
[0019]可替換地，可以操作所述至少兩個光源，使得從所述至少兩個光源發(fā)射的光的發(fā)光強度維持在有界區(qū)間內(nèi)，其中發(fā)光強度在相對長的時間尺度上減小或增大。換言之，可以操作兩個光源，使得光的發(fā)光強度(緩慢地)調(diào)暗或者(緩慢地)增大，因為相對較長的時間尺度上的發(fā)光強度減小或增大仍然提供了被個人感知為便利且令人愉快的照明。
[0020]應當理解的是，上面與本發(fā)明第一方面的方