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롤링셔터 효과를 이용한 광학 카메라통신 알고리즘
Algorithm of Optical Camera Communications Using Rolling-Shutter Effect 원문보기

한국통신학회논문지 = The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, v.41 no.4, 2016년, pp.454 - 460  

이정호 (Electronics Engineering Department, Kookmin University) ,  김나영 (Electronics Engineering Department, Kookmin University) ,  주민철 (Electronics Engineering Department, Kookmin University) ,  박영일 (Electronics Engineering Department, Kookmin University)

초록
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광학 카메라 통신(OCC, Optical Camera Communication)은 기존의 광다이오드 기반 가시광통신(VLC)과는 다르게 카메라를 수신부로 사용하여 데이터를 수신한다. 특히, 카메라의 CMOS 이미지 센서의 셔터 동작방식인 롤링셔터의 원리를 이용하면 픽셀별로 다른 신호를 수신할 수 있으므로 데이터 속도를 개선할 수 있다. 본 연구에서는 카메라의 CMOS 이미지 센서를 사용하여 LED로부터 송신되는 고속 데이터의 이미지를 실시간으로 획득하고 이를 처리할 수 있는 알고리즘을 제안하였으며, 실험을 통해 성능을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Unlike conventional visible light communications (VLC) adopting photo detectors (PD), optical camera communications (OCC) employs cameras in detecting the transmitted data. Especially, the data rate of OCC can be enhanced by using the principle of rolling-shutter, which is the operating scheme of a ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • LED 전송 데이터 속도는 일정한 반면 이를 수신하는 프레임의 속도가 불규칙하게 되면 각 프레임 사이에서 데이터 손실이 발생하게 된다[4,5]. 따라서 본 논문에서는 데이터 수신을 보상하기 위해 다음 그림 3과 같은 송신 데이터 구조를 제안하였다. 하나의 패킷은 두 개의 블록(N, N+1)으로 이루어지고, 이 때 두 블록은 동일한 데이터를 전송함으로써 불규칙한 프레임 속도에 의한 데이터 손실을 보상하였다.
  • 대부분의 스마트 기기는 내장된 카메라를 이용함으로써 실용성이 높고 VLC의 응용기술로 실내 내비게이션, 사물인터넷(IoT) 등에 사용될 수 있어 다양한 분야에 적용될 수 있다. 본 논문에서는 CMOS 카메라 이미지 센서의 롤링셔터효과(Rolling Shutter Effect)를 이용한 고속 데이터 송수신 시스템을 제안한다. 인코딩 된 송신 데이터를 이미지처리, 수신 알고리즘을 통해 데이터를 복원하였다.
  • 본 논문에서는 기존 VLC 시스템의 응용기술로서 카메라를 수신부로 하여 카메라의 이미지 센서의 동작방식을 이용한 광학카메라 통신시스템을 제안하고 평가하였다. 송신부 LED로부터의 데이터를 이미지 처리를 통해 약 85 cm 거리까지는 오류 없이 수신이 가능함을 보였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 제안된 고속 데이터 송수신 시스템은 무엇을 이용하였는가? 대부분의 스마트 기기는 내장된 카메라를 이용함으로써 실용성이 높고 VLC의 응용기술로 실내 내비게이션, 사물인터넷(IoT) 등에 사용될 수 있어 다양한 분야에 적용될 수 있다. 본 논문에서는 CMOS 카메라 이미지 센서의 롤링셔터효과(Rolling Shutter Effect)를 이용한 고속 데이터 송수신 시스템을 제안한다. 인코딩 된 송신 데이터를 이미지처리, 수신 알고리즘을 통해 데이터를 복원하였다.
이미지 센서의 노출방식 중 글로벌 셔터 방식은 이미지를 어떻게 형성하는가? 이미지 센서의 노출방식은 글로벌 셔터(Global Shutter)와 롤링셔터(Rolling Shutter)의 두 가지 방식으로 나눌 수 있다. 글로벌 셔터 방식은 빛을 수신하기 위해 모든 픽셀을 동시에 빛에 노출시킴으로써 이미지를 형성한다. 반면 롤링셔터 방식은 이미지 센서의 한 행씩 순차적으로 노출시켜 이미지를 형성하며, 따라서 이 방식은 이미지 센서의 픽셀마다 다른 LED 의 ON, OFF 정보를 표현할 수 있어서 많은 양의 데이터를 수신할 수 있고, 고속으로 변조되는 LED의 데이터 수신에 적합한 방식이다[2].
카메라의 이미지 센서는 응용방식과 제조 공정에 따라 어떻게 나눌 수 있는가? 카메라의 이미지 센서는 응용방식과 제조 공정에 따라 CCD(Charge-Coupled Device)이미지 센서와 CMOS 이미지 센서로 나눌 수 있다. 그 중 CMOS 이미지 센서는 소비전력이 적고 화소 내에 신호 증폭회 로나 노이즈 제거 회로가 탑재 가능하여 노이즈 특성이 좋으므로, 최근 스마트폰과 태블릿 PC 등 카메라 기능이 탑재된 모바일 기기의 확대와 더불어 사용 범위가 급격히 늘어나고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. 3rd Revision of The IEEE P802.15.7r1 Short-Range Optical Wireless Communications Task Group Technical Considerations Document [Online]. https://mentor.ieee.org/802.15/dcn/15/15-15-0492-03-007a-technical-considerations-document.docx 

  2. Hui-Yu, Hao-Min Lin, Yu-Kin Wei, Hsin-I wu, Hsin-Mu Tsai, and Kate Ching-Ju Lin, "Rolling light: Enabling line-of-sight light to camera communication," in Proc. Conf. Mob. Syst., Appl., and Services, pp. 167-180, May 2015. 

  3. C. Danakis, M. Afhani, G. Povey, I. Underwood, and H. Hass, "Using a CMOS camera sensor for visible light communication," IEEE Globecom, pp. 1244-1248, Dec. 2012. 

  4. T. Nguyen, N. T. Le, and Y. M. Jang, "Asynchronous scheme for unidirectional optical camera communications(OCC)," ICUFN 2014, pp. 48-51, Shanghai, China, Jul. 2014. 

  5. C.-W. Chow, C.-Y. Chen, and S.-H. Chen, "Visible light communications using mobilephone camera with data rate higher than frame rate," Optics Express, vol. 23, pp. 26080-26085, Sept. 2015. 

  6. J. Lee, S. Lee, S. Hyun, Y. Park, and M. C. Ju, "Optical camera communications using rolling shutter effect of CMOS image sensor," Photonics Conf., pp. 19-20, Nov. 2014. 

  7. J. Lee, Y. Lee, S. Hyun, M. C. Ju, and Y. Park, "Optical camera communications using rolling shutter effect of CMOS image sensor," in Proc. Int. Conf. Commun., pp. 1469-1470, Jun. 2015. 

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