위치 기반 서비스는 스마트폰의 보급률과 함께 빠르게 성장하고 있다. 언제 어디서나 인터넷이 가능한 스마트폰 시장의 성장과 위치 정보 플랫폼 개방은 위치 기반 서비스가 빠르게 성장하는 원동력이 되고 있다. 또한 쇼핑, 식당, 극장 등 문화생활을 한곳에서 즐길 수 있는 대형 실내 복합 문화 공간이 늘어나면서 실내 위치 정보와 상업적 서비스가 결합한 새로운 시장이 성장하고 있다.
GPS를 이용한 실외 위치 측위와는 달리 실내 공간에서 대중적으로 이용되고 있는 위치 측위 기술은 아직 없으며, 지금도 실내 위치 측위를 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 그러나 최근까지도 실내 위치 측위 연구결과의 오차 수준은 수 미터의 정밀도를 가지며, 이보다 더 정밀도를 높이기 위해서는 추가 기반시설들을 필요로 하는 경우가 많다. 그러나 최근 실내조명으로 Light Emitting Diode(LED)조명이 보급됨에 따라 LED가시광 통신을 이용한 위치 측위 연구가 활발히 진행 되고 있다.
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위치 기반 서비스는 스마트폰의 보급률과 함께 빠르게 성장하고 있다. 언제 어디서나 인터넷이 가능한 스마트폰 시장의 성장과 위치 정보 플랫폼 개방은 위치 기반 서비스가 빠르게 성장하는 원동력이 되고 있다. 또한 쇼핑, 식당, 극장 등 문화생활을 한곳에서 즐길 수 있는 대형 실내 복합 문화 공간이 늘어나면서 실내 위치 정보와 상업적 서비스가 결합한 새로운 시장이 성장하고 있다.
GPS를 이용한 실외 위치 측위와는 달리 실내 공간에서 대중적으로 이용되고 있는 위치 측위 기술은 아직 없으며, 지금도 실내 위치 측위를 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 그러나 최근까지도 실내 위치 측위 연구결과의 오차 수준은 수 미터의 정밀도를 가지며, 이보다 더 정밀도를 높이기 위해서는 추가 기반시설들을 필요로 하는 경우가 많다. 그러나 최근 실내조명으로 Light Emitting Diode(LED)조명이 보급됨에 따라 LED가시광 통신을 이용한 위치 측위 연구가 활발히 진행 되고 있다.
가시광 통신은 반도체 소자인 발광 다이오드 (LED)의 빠른 응답속도를 이용한 기술로 다음과 같은 장점을 가진다. 가시광 통신은 기존의 전파 자원이 아닌 눈에 보이는 빛을 이용한 통신 기술로 전파사용에 대한 제약이 없고 가시성을 이용한 통신방식으로 보안성이 강하다. 또한 LED소자는 기존의 형광등 과 백열등에 비해 수은과 같은 중금속 물질을 사용하지 않아 친환경적이고 에너지 효율이 높으며 수명이 길다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 대부분의 선진국에서는 기존 조명인 백열등 및 형광등의 제작 및 사용을 법적으로 금지하고 있으며, LED조명이 기존 조명을 빠르게 대체 할 수 있도록 장려 하고 있다. 따라서 LED조명이 향후 모든 조명을 대체할 것이라는 사실은 의심할 여지가 없으며, LED조명을 무선 통신으로 활용하는 연구도 활발히 진행되고 있다. 이러한 LED조명을 이용할 경우 별도의 기반시설 투자 없이 가시광통신 인프라를 구축 할 수 있다는 장점이 있다.
가시광 통신은 송신 단에서 LED를 사용하고 수신 단에서 Photo Diode(PD) 및 이미지센서를 이용하여 수신한다. 빠른 수신감도를 가진 PD는 가시광통신에서 전송속도를 향상시키는 연구에 주로 이용되며, 이미지센서는 PD에 비해 느린 응답속도를 가지나 이미지센서에 맺히는 조명 이미지를 이용하기 때문에 원거리 통신에서도 정확도가 높다는 장점이 있다. 실내 LED조명을 이용한 가시광 통신기반의 실내 위치 측위 연구로는 대표적으로 조명 3개와 PD를 이용한 삼변 측량 방식이 있다. 이 방식은 3개의 조명에서 보내는 서로 다른 주파수 신호의 세기에 따라 위치를 추정하는 방식으로 위치 추정에 사용되는 조명중 하나라도 신호의 세기가 불규칙 하게 발생하는 경우 위치 추정에 심각한 오류가 발생하는 단점이 있다. 또한 높이 추정이 어려워 3차원 위치 측위가 불가능 하다. 이미지센서를 이용한 위치 측위로는 주파수 tone을 이용하는 방법이 있다. 각각의 조명에서 위치에 따라 고유의 주파수 tone을 송신하고 이미지센서에서 각각의 주파수를 수신하여 위치를 추정한다. 그러나 주파수 tone을 이용하는 방법 또한 조명의 간격만큼 위치 정밀도를 가지므로 그 이하의 정밀 측위가 어렵다는 단점이 있다. 그 외에 특수 렌즈를 사용하거나 2개의 이미지센서를 사용하는 등의 방법이 있으나, 위치 측위를 위한 부가적인 부속품 설치에 대한 비용 추가 및 별도 단말기 제작이 필요한 단점이 있다.
본 논문은 LED가시광 통신과 스마트 폰의 카메라 이미지센서를 기반으로 하는 3차원 위치측위 시스템에 대한 내용으로, LED조명과 스마트 폰을 이용하여 위치측위를 위한 별도의 기반시설 투자 없이 쉽게 상용화가 가능한 방법이다. 위치 측위를 위해서 LED조명 2개와 스마트 폰 카메라를 수신기로 이용하였으며, 스마트 폰의 회전 및 제한된 기울기 영역에서도 이미지 처리와 계산을 통한 3차원 정밀 위치 측위가 가능함을 실험을 통해 입증했다. 실험은 LED조명 2개가 자신의 좌표를 보내준다는 가정 하에 수신기인 스마트 폰을 여러 좌표에 놓고 논문에서 제안하는 방법을 통해 스마트 폰의 위치 정확도 및 오차에 대한 평가를 진행 했다. 조명과 스마트폰간의 높이가 2 m 45 cm인 공간에서 3차원 위치 측위 결과 오차 거리 6 cm 이내에 정밀도를 확인 하였다.
위치 기반 서비스는 스마트폰의 보급률과 함께 빠르게 성장하고 있다. 언제 어디서나 인터넷이 가능한 스마트폰 시장의 성장과 위치 정보 플랫폼 개방은 위치 기반 서비스가 빠르게 성장하는 원동력이 되고 있다. 또한 쇼핑, 식당, 극장 등 문화생활을 한곳에서 즐길 수 있는 대형 실내 복합 문화 공간이 늘어나면서 실내 위치 정보와 상업적 서비스가 결합한 새로운 시장이 성장하고 있다.
GPS를 이용한 실외 위치 측위와는 달리 실내 공간에서 대중적으로 이용되고 있는 위치 측위 기술은 아직 없으며, 지금도 실내 위치 측위를 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 그러나 최근까지도 실내 위치 측위 연구결과의 오차 수준은 수 미터의 정밀도를 가지며, 이보다 더 정밀도를 높이기 위해서는 추가 기반시설들을 필요로 하는 경우가 많다. 그러나 최근 실내조명으로 Light Emitting Diode(LED)조명이 보급됨에 따라 LED가시광 통신을 이용한 위치 측위 연구가 활발히 진행 되고 있다.
가시광 통신은 반도체 소자인 발광 다이오드 (LED)의 빠른 응답속도를 이용한 기술로 다음과 같은 장점을 가진다. 가시광 통신은 기존의 전파 자원이 아닌 눈에 보이는 빛을 이용한 통신 기술로 전파사용에 대한 제약이 없고 가시성을 이용한 통신방식으로 보안성이 강하다. 또한 LED소자는 기존의 형광등 과 백열등에 비해 수은과 같은 중금속 물질을 사용하지 않아 친환경적이고 에너지 효율이 높으며 수명이 길다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 대부분의 선진국에서는 기존 조명인 백열등 및 형광등의 제작 및 사용을 법적으로 금지하고 있으며, LED조명이 기존 조명을 빠르게 대체 할 수 있도록 장려 하고 있다. 따라서 LED조명이 향후 모든 조명을 대체할 것이라는 사실은 의심할 여지가 없으며, LED조명을 무선 통신으로 활용하는 연구도 활발히 진행되고 있다. 이러한 LED조명을 이용할 경우 별도의 기반시설 투자 없이 가시광통신 인프라를 구축 할 수 있다는 장점이 있다.
가시광 통신은 송신 단에서 LED를 사용하고 수신 단에서 Photo Diode(PD) 및 이미지센서를 이용하여 수신한다. 빠른 수신감도를 가진 PD는 가시광통신에서 전송속도를 향상시키는 연구에 주로 이용되며, 이미지센서는 PD에 비해 느린 응답속도를 가지나 이미지센서에 맺히는 조명 이미지를 이용하기 때문에 원거리 통신에서도 정확도가 높다는 장점이 있다. 실내 LED조명을 이용한 가시광 통신기반의 실내 위치 측위 연구로는 대표적으로 조명 3개와 PD를 이용한 삼변 측량 방식이 있다. 이 방식은 3개의 조명에서 보내는 서로 다른 주파수 신호의 세기에 따라 위치를 추정하는 방식으로 위치 추정에 사용되는 조명중 하나라도 신호의 세기가 불규칙 하게 발생하는 경우 위치 추정에 심각한 오류가 발생하는 단점이 있다. 또한 높이 추정이 어려워 3차원 위치 측위가 불가능 하다. 이미지센서를 이용한 위치 측위로는 주파수 tone을 이용하는 방법이 있다. 각각의 조명에서 위치에 따라 고유의 주파수 tone을 송신하고 이미지센서에서 각각의 주파수를 수신하여 위치를 추정한다. 그러나 주파수 tone을 이용하는 방법 또한 조명의 간격만큼 위치 정밀도를 가지므로 그 이하의 정밀 측위가 어렵다는 단점이 있다. 그 외에 특수 렌즈를 사용하거나 2개의 이미지센서를 사용하는 등의 방법이 있으나, 위치 측위를 위한 부가적인 부속품 설치에 대한 비용 추가 및 별도 단말기 제작이 필요한 단점이 있다.
본 논문은 LED가시광 통신과 스마트 폰의 카메라 이미지센서를 기반으로 하는 3차원 위치측위 시스템에 대한 내용으로, LED조명과 스마트 폰을 이용하여 위치측위를 위한 별도의 기반시설 투자 없이 쉽게 상용화가 가능한 방법이다. 위치 측위를 위해서 LED조명 2개와 스마트 폰 카메라를 수신기로 이용하였으며, 스마트 폰의 회전 및 제한된 기울기 영역에서도 이미지 처리와 계산을 통한 3차원 정밀 위치 측위가 가능함을 실험을 통해 입증했다. 실험은 LED조명 2개가 자신의 좌표를 보내준다는 가정 하에 수신기인 스마트 폰을 여러 좌표에 놓고 논문에서 제안하는 방법을 통해 스마트 폰의 위치 정확도 및 오차에 대한 평가를 진행 했다. 조명과 스마트폰간의 높이가 2 m 45 cm인 공간에서 3차원 위치 측위 결과 오차 거리 6 cm 이내에 정밀도를 확인 하였다.
Location based services (LBS) is growing rapidly along with the growth of the smart phone market. The growing market of smart phone which is available internet anytime, anywhere and opening of the location information service platform has been a driving force for growing the LBS market quickly. In a...
Location based services (LBS) is growing rapidly along with the growth of the smart phone market. The growing market of smart phone which is available internet anytime, anywhere and opening of the location information service platform has been a driving force for growing the LBS market quickly. In addition, as a large indoor multi cultural spaces is increasing to enjoy the cultural life such as moving, shopping, dining, etc. in one place, a new service that combines an indoor location information and commercial service has been growing.
In contrast with outdoor positioning using GPS, positioning technology being applied in indoor space is not yet. Even now various studies have been performed for indoor positioning. Recently, use of LED lighting for indoor lighting has been increased, research of indoor positioning using visible lighting communication(VLC) has been actively conducted. However, recently error level of indoor positioning researches have an accuracy of a few meters typically and in order to improve the positioning accuracy, additional infrastructure for positioning is required.
The VLC is a technology using a fast response speed of the LED, it has the following advantage; The VLC is a wireless communication technology using LED light instead of the radio frequency resources. Therefore, it is not necessary to use limited radio frequency. And the security is good because it uses visibility. In addition, the LED is eco-friendly because LED has not heavy metals such as mercury in comparison with fluorescent lamp and incandescent lamp. High energy efficiency and long life are also benefit. Because of these advantages, the production and use of fluorescent lighting and incandescent lighting are legally prohibited in most developed countries. And LED lighting is encouraging to quickly replace an existing lighting. Therefore, the fact that LED lighting will replace all the lights in the future is no doubt, studies utilizing the LED lighting in wireless communication is also being conducted. If the LED lighting is used at wireless communication, it has the advantage of being able to establish a VLC infrastructure without additional investments for infrastructure.
LED is used at transmitter part and PD or image sensor is used at receiver part in VLC. Because PD have high receiver sensitivity, PD is used for receiver in the most research of VLC for high transmission speed. Image sensor, on the other hand, have low resonse than PD. However, image sensor using a image on the image sensor haver a advantage that we can get high accuracy at long distance communication.
Representative indoor positioning study using LED lighting and VLC is a trilateration method. This method use three LED lightings and one PD. The trilateration method estimating position by three different frequency signal power strength of three LED lightings have a serious error when any one signal power among the three lightings is irregular. And 3-Dimension position detecting is impossible since measurement of height is difficult. There is a method using frequency tone for position estimation based on image sensor. Each of the lights transmits their own frequency at their position, and we estimate the position by receiving each frequency. But this have disadvantage about high accuracy estimation because the method using frequency tone has an accuracy of as much as each lights interval. Additionally, there are methods using special lens or two image sensors but it takes additional cost about attachments installation and making other exclusive receive device.
This paper deals with 3-Dimension position detecting system based on LED VLC and image sensor of smart phone. This method can commercialize without additional infra. We use two LED lights as transmitter and smart phone camera as receiver and prove the possibility of 3-Dimension precision position detecting by using image processing and calculation in smart phone's rotation and limited slope conditions. We assume that two LED lights transmit their position data, and detect the smart phone's position in various coordinates by proposed method. And we get the accuracy within 6cm in 245 cm height.
We expect this method applied to basic algorithms in a variety of applications because proposed detecting system don't need lots of additional fee and position detecting process is simple.
Location based services (LBS) is growing rapidly along with the growth of the smart phone market. The growing market of smart phone which is available internet anytime, anywhere and opening of the location information service platform has been a driving force for growing the LBS market quickly. In addition, as a large indoor multi cultural spaces is increasing to enjoy the cultural life such as moving, shopping, dining, etc. in one place, a new service that combines an indoor location information and commercial service has been growing.
In contrast with outdoor positioning using GPS, positioning technology being applied in indoor space is not yet. Even now various studies have been performed for indoor positioning. Recently, use of LED lighting for indoor lighting has been increased, research of indoor positioning using visible lighting communication(VLC) has been actively conducted. However, recently error level of indoor positioning researches have an accuracy of a few meters typically and in order to improve the positioning accuracy, additional infrastructure for positioning is required.
The VLC is a technology using a fast response speed of the LED, it has the following advantage; The VLC is a wireless communication technology using LED light instead of the radio frequency resources. Therefore, it is not necessary to use limited radio frequency. And the security is good because it uses visibility. In addition, the LED is eco-friendly because LED has not heavy metals such as mercury in comparison with fluorescent lamp and incandescent lamp. High energy efficiency and long life are also benefit. Because of these advantages, the production and use of fluorescent lighting and incandescent lighting are legally prohibited in most developed countries. And LED lighting is encouraging to quickly replace an existing lighting. Therefore, the fact that LED lighting will replace all the lights in the future is no doubt, studies utilizing the LED lighting in wireless communication is also being conducted. If the LED lighting is used at wireless communication, it has the advantage of being able to establish a VLC infrastructure without additional investments for infrastructure.
LED is used at transmitter part and PD or image sensor is used at receiver part in VLC. Because PD have high receiver sensitivity, PD is used for receiver in the most research of VLC for high transmission speed. Image sensor, on the other hand, have low resonse than PD. However, image sensor using a image on the image sensor haver a advantage that we can get high accuracy at long distance communication.
Representative indoor positioning study using LED lighting and VLC is a trilateration method. This method use three LED lightings and one PD. The trilateration method estimating position by three different frequency signal power strength of three LED lightings have a serious error when any one signal power among the three lightings is irregular. And 3-Dimension position detecting is impossible since measurement of height is difficult. There is a method using frequency tone for position estimation based on image sensor. Each of the lights transmits their own frequency at their position, and we estimate the position by receiving each frequency. But this have disadvantage about high accuracy estimation because the method using frequency tone has an accuracy of as much as each lights interval. Additionally, there are methods using special lens or two image sensors but it takes additional cost about attachments installation and making other exclusive receive device.
This paper deals with 3-Dimension position detecting system based on LED VLC and image sensor of smart phone. This method can commercialize without additional infra. We use two LED lights as transmitter and smart phone camera as receiver and prove the possibility of 3-Dimension precision position detecting by using image processing and calculation in smart phone's rotation and limited slope conditions. We assume that two LED lights transmit their position data, and detect the smart phone's position in various coordinates by proposed method. And we get the accuracy within 6cm in 245 cm height.
We expect this method applied to basic algorithms in a variety of applications because proposed detecting system don't need lots of additional fee and position detecting process is simple.
AI-Helper
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