FR3074383A1 - Procede de reception d’un signal lumineux module de type signal vlc - Google Patents
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Abstract
Procédé de réception d'un signal VLC, comportant les étapes de : - acquérir une image comprenant des franges correspondant à des états hauts et à des états bas du signal lumineux modulé ; - convertir l'image en un signal d'intensités moyennes, le signal d'intensités moyennes comprenant des composantes représentatives chacune d'une moyenne d'intensité lumineuse d'une rangée de l'image ; - assimiler le signal d'intensités moyennes à une série temporelle, et mettre en œuvre une méthode de désaisonnalisation sur la série temporelle, pour obtenir une courbe recentrée en amplitude (26) ; - déterminer des largeurs de pics (27) de la courbe recentrée en amplitude (26), en réalisant une détection de passages par zéro de la courbe recentrée en amplitude (27) ; - reproduire un signal numérique contenu dans le signal lumineux modulé à partir des largeurs des pics (27).
Description
L'invention concerne le domaine des procédés de réception de signaux lumineux modulés de type signaux VLC (acronyme de l'anglais Visible· bight Cbmiaunication).
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
L'émission et la réception de signaux lumineux modulés de type signaux VLC constituent une technologie particulièrement prometteuse pour mettre en œuvre une fonction de géolocalisation intérieure (ou indcor, 1Q en anglais) ou extérieure· (ou büida&r) d'un appareil électronique.
La géolocalisation intérieure consiste à fournir la position de l'appareil électronique (et donc de son utilisateur) alors -que celui-ci se trouve dans une 15 salle d'un bâtiment quelconque : musée, gare, aéroport, magasin, espace de travail, etc.
L'appareil électronique en question est par exemple un téléphone mobile, une tablette, un ordinateur portable, une montre connectée, etc.
La géo localisation intérieure· de l'appareil électronique utilise une lampe· à diodes électroluminescentes (appelée ici lampe à LED) positionnée dans la salle pour émettre des signaux lumineux modulés à destination de l'appareil électronique. La lampe à LED réalise ainsi à la fois une- fonction d'éclairage de la salle et la fonction de géolocalisation intérieure.
Les signaux lumineux· modulés comprennent un identifiant de la lampe à LED. L'identifiant contient •des données de position de la lampe- à LED. Les données 30 de position peuvent contenir directement la position de la Lampe à LED. Alternativement, les données de position peuvent permettre à l'appareil électronique d'obtenir la position de la lampe à LED, qui est stockée par exemple dans un serveur auquel accède l'appareil éleettoniqueBien sûr, il est possible de géolôcaliser un appareil électronique en utilisant des 5 données de position provenant d'une pluralité de lampes à LED.
De nombreux· défis techniques se présentent aux concepteurs de tels systèmes utilisant l'émission et la réception de signaux lumineux modulés.
L'un de ces défis· concerne la réception des signaux lumineux modulés . La plupart dés· appareils· électroniques existants cités plus, tôt ne sont pas équipés de dispositif de réception de signaux lumineux modulés. On peut donc soit munir l'appareil électronique d'un équipement de réception additionnel connecté à un port de l'appareil, par exemple à une prise jack femelle, soit utiliser un appareil photo de l'appareil électronique. Dans ce dernier cas, la réception des signaux lumineux modulés nécessite· de réaliser· un traitement d'une image produite par l'appareil photo, qui -doit être particulièrement performant pour que· la réception des signaux lumineux modulés soit suffisamment efficace.
OBJET DE L'INVENTION
2)5 L'invention a pour but d'améliorer la réception de signaux lumineux· modulés de type signaux VLC.
RESUME DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de· récèption d'un signal lumineux modulé de 30 type signal VLC, mis eh œuvre dans un appareil électronique comportant un appareil photo comprenant un capteur CMO)S), le procédé de réception comportant·· les étapes de :
- acquérir une image comprenant des franges correspondant à des états hauts et à des états bas du signal lumineux modulé ;
- convertir 1/image en un signal d'intensités moyennes, le signal d'intensités moyennes comprenant des composantes représentatives chacune d'une moyenne d'intensité: lumineuse· d' une rangée de l'imagé ;
- assimiler le signal d'intensités· moyennes· à une série temporelle, et mettre en œuvre une méthode de désaisonnalisation sur la série temporelle, pour obtenir une courbe recentrée en amplitude ;
- déterminer des largeurs de pics de la courbe recentrée en amplitude, en réalisant une détection de passages par -zéro de la courbe recentrée· en amplitude ;
- reproduire un signal numérique contenu dans le signal lumineux modulé· à partir des largeurs des pics.
le procédé de réception selon l'invention amé20 liore de manière importante la réception des signaux lumineux modulés de type signaux VLC.
On propose aussi un appareil électronique· comportant un appareil photo comprenant· un capteur CMOS et un composant de traitement dans lequel est mis en 25 œuvre le procédé de réception qui vient d'être· décrit.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de 1'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 représente une lampe à LED et un utilisateur muni d' un téléphone mobile ;
- la figure 2 représente des étapes d'un procédé d'émission ;
- la figure 3 représente une trame d'identifiant ;
- la figure 4 représente une trame d'identifiant comprenant un premier signal codé ;
- la figure 5 représenté une trame d'identifiant modulée comprenant un deuxième signal codé ;
- la figure 6 représente une image produite par un appareil photo du téléphone mobile· ;
- la figure 7 représente un objet issu de la figure 6 et correspondant à une lampe à LED ;
- la figure 8 représentes des étapes d'une phase de décodage du procédé de réception d'un signal lumineux modulé de type signal VLC selon l'invention ;
- la figuré; 9 représente une courbe d'un signal d'intensités moyennes en fonction des rangées d'une portion d'image ;
- la figure 10 représente une courbe recentrée en amplitude obtenue à partir de la courbe de la figure 9 ;
- la figure 11 représente une· table de décodage Manchester ;
- la figure 12 représente une courbe d'un signal d'intensités moyennes en fonction des rangées d'une portion d'image ;
- la figure 13 représente une courbe recentrée en amplitude, obtenue à partir de la courbe de la figure 12 grâce à une méthode de désaisonnalisation utilisant une régression polynomiale ;
- la figure 14 représente une courbe recentrée en amplitude, -obtenue grâce à une- méthode de désaisonnalisation utilisant un filtre de Hodrick-Prescott clasique j
- la figure 15 représente une courbe recentrée en amplitude, obtenue grâce au procédé- de réception selon l'invention ;
- la figürë 16 représente une première courbe, une deuxième courbe et une troisième courbe illustrant un taux d'erreur de réception de l'identifiant en fonction d'une distance, la première courbe correspondant à l'utilisation d'une méthode de désaisonnalisation utilisant une régression polynomiale, la deuxième courbe correspondant à l'utilisation d'une méthode de désaisonnalisation utilisant un filtre de Hodrick-Prescott clasique, la troisième courbe correspondant à 1'utilisation d'une méthode de désaisonnalisation utilisée dans le procédé de réception selon 1'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
On décrit tout d'abord un procédé d'émission d'un signal lumineux- modulé de type' signal VLC. Le procédé d'émission est mis en œuvre dans un dispositif d'émission de signaux' VLC.
Le dispositif d'émission de signaux VLC comporte une diode électroluminescente- et un module de pilotage destiné- à piloter la diode électroluminescente. Le module de pilotage comprend un premier composant de traitement adapté à exécuter des instrucœuvre pour -mettre rentes étapes du procédé d'émission, et üh composant
dé pilotage de la diode ou dri ver, en anglais.
Le premier composant de traitement est ici un microcontrôleur, mais pourrait être un composant •différent, par exemple un processeur ou un FPGA.
Le driver est ici un driver de tension,
En référence à la figure 1, le dispositif d'émission de signaux VLC est intégré· dans une lampe à LED 1. La lampe à LED 1 est ici positionnée au plafond d'une salle d'un bâtiment quelconque : musée, gare, aéroport, magasin, espace de travail, etc.
La lampe à LED 1 utilise la diode électroluminescente pour éclairer son environnement. La lampe à LED 1 remplit ainsi une fonction d'éclairage· de la salle.
La lampe à LED 1 remplit aussi une fonction de 15 géolocalisation intérieure d'un appareil électronique muni d'un dispositif de réception de signaux VLC. L'appareil électronique est en l'occurrence· un téléphone mobile 2 dont est muni un utilisateur 3.
La fonction de géolocalisation intérieure 20 fonctionne de la manière suivante. Le dispositif d'émission de signaux VLC de la lampe à LED 1 émet en continu des signaux VLC émis comprenant un identifiant de la lampe à LED 1. L'identifiant de la lampe à LED 1 comprend des données de position de la lampe à LED 1 25 dans la salle.
L'émission de signaux VLC émis consiste à commuter la diode électroluminescente·, de manière à commuter une puissance lumineuse produite par la diode électroluminesGente pour générer des signaux lumineux 30 modulés· binaires constituant les signaux VLC émis.
•Pour commuter la diode électroluminescente, le module de pilotage fournit sélectivement à la diode électroluminescente un courant d'alimentation supérieur· à un seuil de courant haut prédéfini ou un courant d'alimentation. inférieur à un seuil de courant bas p rédéfini.
Le courant d'alimentation supérieur au seuil de courant haut prédéfini permet de générer un état haut d'un signal VLG émis, soit une valeur binaire égale à « 1 », alors que le courant d'alimentation inférieur au seuil dé courant bas prédéfini permet de 10 générer un état bas du signal VLC émis, soit une· valeur binaire égale à « 0 ».
Lorsque le téléphone mobile 2 reçoit les signaux VLG émis, et donc l'identifiant de la lampe à LED 1, le téléphone mobile 2 utilise les données de 15 position de la lampe· à LED 1 pour déterminer sa propre position dans la salle, et donc la position dé 1'utilisateur 3 dans la salle.
En référence à la figure 2, le procédé d'émission -comporte tout d' abord l' étape de générer un 20 signal numérique d'origine (étape El). Le signal numérique d'origine contient tout d'abord des données à transmettre, en l'occurrence l'identifiant de la lampe à LED 1. L'identifiant est composé d'une pluralité de •bits formant un ou plusieurs^ octets.. La durée d'un 25 état haut ou d'un état bas de l'identifiant est égale à T (période) .
Le signal numérique d'origine contient aussi une somme de contrôle (ou checksuiri, en anglais) . Le procédé d'émission comporte ainsi l'étape de calculer 30 une somme de contrôle sur l'identifiant (étape Ë2) . le calcul de la somme de contrôle) consiste ici à réaliser une addition binaire des bits; de l'identifiant pris deux par deux. On obtient ainsi une première somme intermédiaire composée d'une pluralité de bits. Puis, on remplace chaque bit de la première somme intermédiaire par le bit opposé, pour obtenir une deuxième somme intermédiaire . On prend enfin les trois derniers bits de la deuxième somme intermédiaire pour obtenir la somme de contrôle:.
On illustre par un exemple l'obtention de la somme de Contrôle.
L'identifiant Id de la lampe LED 1 est :
Id=Obi0101010.
La première somme intermédiaire Si est telle que :
Si=0bl0+0bl0+0bl0eûbl0==0bl000.
En prenant les bits Opposés, on obtient la deuxième somme intermédiaire S2 :
S2=0b0111.
La somme de contrôle Os est donc :
Cs=lll.
Le procédé d'émission comporte ensuite l'étape de coder le signal numérique d'origine, c'est à dire 1 ' identif iant et la somme· de contrôle, en utilisant' un premier codage, pour obtenir un premier signal codé (étape E3 ) . Le premier codage est ici un codage Manche stér. Un bit égal à Q de l'identifiant: et de la somme de contrôle est codé par une transition d'un état bas vers un état haut, alors qu'un bit égal à 1 est codé par une transition d'un état haut vers un état bas.
On note que le: codage Manchester est: un cas particulier de modulation OOK (pour On-OfT Këyïng). Tout autre codage issu d'une modulation OOK pourrait être utilisé.
On obtient ainsi un identifiant codé IdManch et une somme de contrôle codée CsManch.
L'identifiant codé IdManch est :
I dManch= 100110 0110 011001.
La somme de contrôle codée CsManch est : GsMahch=101010.
Dans l'identifiant codé et dans; la somme de contrôle codée, la durée maximale d'un état haut ou 10 d'un état bas est égale à] T, et la fréquence de transition maximale Ftran entre- deux transitions (d'un état haut vers un état- bas ou d'un état bas vers un état haut) est telle que ·
Ftran=2 /T.
Le procédé· d'émission comporte ensuite l'étape de construire· une trame- d'identifiant. La construction de; la trame d'identifiant consiste à concaténer dès bits de départ, l'identifiant codé et la somme de contrôle Codée] (étape Έ4) . La trame d'identifiant est un 20 signal concaténé issu de la concaténation des bits de départ et du premier signal codé'.
Les bits de départ Bd sont ici tels que : Bd=01110010.
On note que les bits de départ comprennent une 25 succession de trois « 1 » consécutifs, soit trois états hauts; consécutifs 3T/2. Comme une telle succession est; impossible dans l'identifiant codé et dans la somme de contrôle codée, du fait de l'utilisation du codage Manchester, les- trois « 1 » consécutifs permet30 tent de distinguer les bits de départ et donc le début de la trame d'identifiant.
La trame d'identifiant est donc le signal nu10 mérique émis suivant :
011100101001100110011001101010.
Le procédé d'émission comporte ensuite l'étape de débuter l'émission de la trame d'identifiant (étape 5 E5) .
Au moment de l'émission de la trame d'identifiant, le procédé d'émission détecte les états bas de la trame d'identifiant et donc, notamment, du premier signal codé (étape E6 ).
La t-rame· d'identifiant est codée en utilisant un deuxième codage. Le deuxième codage consiste a moduler chaque état bas de la trame d'identifiant à unefréquence de modulation Emoa (étape E7). La fréquence· de modulation Fmaa «st supérieure· à la fréquence de transition maximale Ftïan. La fréquence de modulation Fftod est ici un multiple de la fréquence de transition maximale Ft£an. La fréquence de modulation Fmoa est ici telle· que :
Fmod =2Ftran =4/1.
En référence à la figure 3, on obtient ainsi, à partir de la trame d'identifiant et 'donc du premier signal codé, un deuxième signal codé, qui est une trame d'identifiant modulée' 5,
En référence aux figures- 4 et 5, on voit, donc qu'un état bas 6 de durée T d'une trame d'identifiant (non modulée) contenant le premier signal codé Sel, est remplacé par quatre· transitions 8 d'un état bas vers un état haut de la trame d'identifiant modulée 10 associée contenant le deuxième signal codé 5c2, et qu'un état bas 12 de durée· ï/2 est remplacé par deux transitions 13 d'un état 'bas vers un état haut de la trame d'identifiant modulée 10.
La modulation cesse lorsqu'une transition d'un état bas vers un état haut est détectée dans la trame d'identifiant et donc, notamment, dans le. premier signal codé- (étape ES). Puis, la détection d'un état bas 5 de la trame d'identifiant (non modulée) reprend (étape E6) .
Le procédé d'émission se poursuit jusqu'à l'émission complète de la trame d'identifiant modulée (étape· E9j , puis reprend à- l'étape ES). La trame 10 d'identifiant modulée est' ainsi réémise en continu.
Pour transmettre la trame d'identifiant modulée, il est. ainsi nécessaire de fournir à la diode électroluminescente une puissance électrique moyenne importante, supérieure à la puissance électrique qui 15 serait fournie dans le cas où seul un codage Manchester classique (ou un autre codage- classique·) serait utilisé.
Eh effet, 1'utilisation d'un codage Manchester classique permettrait d'obtenir des- signaux codés 20 constitués à moitié par des états hauts et à moitié par des états bas, et donc des signaux VLC -émis formés à moitié d'états hauts et d'états bas. L'utilisation d'un codage Manchester classique revient donc à four•nir à la diode électroluminescente· un courant 25 d'alimentation supérieur au seuil de courant haut prédéfini pendant une durée totale égale à une moitié delà durée nécessaire pour émettre les signaux VLC, et à fournir à la diode électroluminescente un courant d'alimentation inférieur au seuil de courant bas pré30 défini pendant une durée totale égale la moitié de la durée nécessaire pour émettre les signaux VLC.
Avec un codage Manchester classique-, là puis sance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente est donc: égale à 50% d'une puissance· électrique maximale correspondant à une émission continue d'états hauts.
Ici, en modulant les états bas de la trame d'identifiant 7, et donc du premier signai codé Sel, on obtient une trame d'identifiant modulée: 10, et donc un deuxième signal codé Sc2, dont les états hauts sont plus nombreux et présentent une durée totale plus im10 portante/. La durée pendant laquelle la diode électroluminescente est alimentée par un courant d'alimentation supérieur au seuil de courant haut prédéfini est plus importante, et la puissance électrique: moyenne fournie à la diode électroluminescente est 15 donc augmentée. La puissance: électrique moyenne fournie· à la diode électroluminescente est ici égale/ a 75% de la puissance électrique maximale·.
La trame d'identifiant modulée 10 est donc associée à une puissance électrique moyenne fournie â la 20 diode électroluminescente de 75% de la puissance électrique maximale. En augmentant la fréquence de modulation des états ba.s, on augmente la puissance électrique moyenne fournie â la diode électroluminescente, qui peut atteindre/ 95% de la puissance électrique 25 maximale.
Le deuxième: Codage: est donc destiné à augmenter la puissance électrique moyenne fournie à la diode/ électroluminescente pour générer les signaux VLC émis.
L'augmentation de la puissance électrique moyenne permet d'augmenter la puissance lumineuse moyenne produite par la diode électroluminescente et donc par la lampe à LED 1. On améliore: ainsi
1'éclairage de la salle dans laquelle est positionnée la lampe a LED 1.
On note que, comme la fréquence de modulation et la bande de fréquence des signaux VLC émis sont connues, un filtre passe-bas peut être utilisé dans le dispositif de réception de signaux VLC· du téléphone mobile 2 pour filtrer les· signaux VLC reçus et récupérer ainsi la trame d'identifiant 7 non modulée, simplement codée en Manchester.
On décrit maintenant le procédé de réception d'un signal lumineux modulé de type signal VLC selon l'invention. Le procédé de réception selon l'invention est ici mis en œuvre dans le téléphone mobile 2 et permet à celui-ci de recevoir les signaux VLC émis.
Le téléphone mobile 2 comporte un appareil photo comprenant un capteur CMOS (pour Compleiaentary Jfe/tad-Wide-SemïcOTdüctor) . Le dispositif· de réception de signaux VLC du téléphone mobile 2 comprend l'appareil photo du téléphone mobile 2, qui est donc utilisé pour recevoir les signaux VLC reçus. Outre l'appareil photo, le dispositif· de réception comprend un module de réception relié à l'appareil photo. Le module de réception comprend un deuxième composant de traitement adapté à exécuter des· instructions d'un programme· pour mettre en œuvre· les différentes étapes du procédé· de réception. Le deuxième composant de traitement est ici un processeur, mais pourrait être un composant différent, par exemple un microcontroleur ou un FPGA.
On utilise ici l'effet d'obturateur déroulant (ou « rolling shutter effëct ») du capteur CMOS· pour recevoir les signaux VLC reçus.
En référence à la figure 6, l'appareil photo permet d'obtenir des images semblables à l'image 20. L'image 20 comporte des franges blanches 21 et des franges· noires 22. Chaque frange blanche 21 correspond 5 à un état haut d'un signal VLC reçu, alors que chaque frange noire 22 correspond à un état bas du signal VLC reçu. On peut donc retrouver la trame d'identifiant modulée à partir de l'image· 20.
Le procédé de réception d'un signal lumineux 10 modulé de type signal VLC comprend tout d'abord une étape- préliminaire au cours de laquelle l'appareil photo est initialisé. L'initialisation consiste à régler des paramètres de l'appareil photo, parmi lesquels la durée d'exposition, la sensibilité ISÔ et la 15 résolution.
La durée d'exposition est la durée pendant laquelle le capteur CMOS est exposé -à la lumière. Une courte durée d'exposition produit des images 20 relativement sombres, car la quantité: de lumière à la20 quelle: est exposé le capteur CMOS' est faible. Une longue durée· d'exposition produit: des images: 20 relativement brillantes, car la quantité de lumière à laquelle est exposé le capteur CMOS est importante. Pour bien distinguer les franges: blanches 21 des franges 25 noires 22, et donc les états- hauts des états bas des signaux VLC reçus, il est préférable: de choisir une Courte durée d'expos11ion.
La sensibilité ISO détermine la sensibilité de 1'appareil photo à la lumière. Une haute sensibilité 30 ISO augmente la sensibilité de l'appareil photo. En choisissant une haute sensibilité ISO, on améliore la détection des changements d'intensité lumineuse' et donc le contraste de l'image 20, Il est donc possible de détecter des signaux VLC émis en augmentant la distance entre la lampe à LED 1 et le téléphone mobile 2. La sensibilité ISO d'un appareil photo classique est typiquement comprise 'entre 100 et 800, mais certains téléphones mobiles 2 récents sont munis d'un appareil photo présentant une sensibilité ISO de 1600 voire même de 3200.
Enfin, il est avantageux de choisir une réso10 lûtion proche ou égale à 640x480 pour réaliser le décodage des 'Signaux VLC reçus en un temps relativement court.
Une fois que 1 ' appareil photo a été initialisé, une image 20 est traitée pour décoder les signaux 15 VLC reçus.
Il est possible que plusieurs sources d'émission lumineuses, c'est à dire ici plusieurs lampes à LED 1, émettent dans la salle des signaux VLC émis de manière simultanée. Dans ce Cas, si l'appareil 20 photo présente un angle de champ suffisant ou si la distance entre l'appareil photo et chaque lampe à LED 1 est relativement importante, l'image 20 peut contenir des franges blanches 21 et des franges noires 22 représentatives des signaux VLC émis produits par plu25 sieurs- lampes à LED 1.
Le procédé de réception détecte dans· ce cas toutes les lampes à LED 1 présentes dans l'image: 20. Ensuite, le procédé de réception décode successivement les signaux VLC reçus provenant de chaque lampe à LED 30 1, en commençant par la lampe à LED 1 la plus proche du centre de l'image 20 et en terminant par la lampe à LED 1 la plus éloignée du centre de l'image 20.
Le procédé de réception comprend ainsi une étape de seuillage de l'image 20. L'étape de seuillage consiste à conserver, dans l'image 20, uniquement les pixels présentant une intensité lumineuse supérieure à 5 un seuil d'intensité lumineuse prédéterminé. On obtient ainsi une pluralité de -formes préliminaires.
Puis, des opérations morphologiques: sont mises en œuvre· sur 1' image 20. Le s opérâ t ions morpho logiques: comprennent des opérations morphologiques d'ouverture 10 et des opérations morphologiques de fermeture. On remplit ainsi des -espaces de taille réduite et privés de pixels à l'intérieur des formes préliminaires, et on élimine des- ensembles de pixels de taille réduite: et isolés à proximité des formes préliminaires»
En référence à: la figure: 7, on obtient ainsi, dans l'image 20, une pluralité d'objets semblables à l' objet 23. Chaque objet 23 de l'image: 20 correspond à üne: lampe :à LED 1.
Puis, un algorithme d'étiquetage en compo2:0 santés connexes est appliqué sur chaque objet de l'image.
Un centroxde de chaque objet 23 est alors déterminé. Une distance euclidienne entre le: centroïde de chaque- -objet 23 et: le centré de l'image 20 est cal25 culée,
Qn obtient ainsi une table d'objets 23. Dans la table d'objets 23, les objets 23 sont classés en fonction de leur distance au centre de l'image 20, selon un ordre de distance croissante.
Une fois que toutes les· lampes à LED 1 ont été identifiées- et: que tous les objets 23 correspondants ont été stockés dans la table, une première portion d'image, correspondant à l'objet 23 situé en première position dans la table d'objets 23, est tout d'abord extraite de 1'image 20.
La première -portion d'image correspond donc à la lampe à LED 1 la plus proche du -centre de l'image 20.
La première portion d'image est définie de sorte- que la lampe à LED- 1 soit située au centre de la première portion d'image.
Une- phase de décodage est appliquée sur la première portion d'image, pour décoder le signal VLC reçu produit par la lampe- à LED 1.
ta phase de décodage est réalisée- par un décodeur programmé· dans le dispositif de réception du téléphone- mobile 2.
La phase de décodage est ensuite répétée pour chaque objet 23 de la table d'objets, et donc pour chaque lampe à LED 1. Chaque lampe à LED 1 est située au centre d'une portion d'image associée. One portion d'image constitue bien sûr une image. Si une seule lampe à LED 1 se trouve dans la salle et qu'un seul objet 23 est détecté dans· l'image 20, il est possible soit dé réaliser la phase de décodage sur l'image 20 entière-, soit d'extraire une portion d'image de l'image 20 centrée sur l'objet 23.
En référence à la figure 8, la phase de décodage Pha comporte tout d'abord -une étape de conversion (étape E20) . La portion d'image· est un signal à deux dimensions. La conversion consiste à convertir la portion d'imagé éh un signal à une dimension. Le décodeur fonctionne' en effet principalement avec des signaux à une dimension. Pour cela, la moyenne des intensités lumineuses des pixels de chaque rangée de la portion d'image est calculée.
©n note ici que, pour chaque portion d'image, il est possible d'échantillonner les colonnes formant la portion d'image- pour réduire le nombre de colonnes sur lesquelles la conversion est réalisée. En effectuant un échantillonnage consistant a sélectionner une colonne- toutes· les M colonnes, et en considérant que le nombre'- total de colonnes· d'une portion d'image est 10 égal à n, on réalise le traitement sur un nombre j de colonnes, j étant égal à la partie; entière du rapport n/M. ©n réduit ainsi considérablement la taille de la portion d'image, et donc on réduit de manière importante les· temps de calcul.
On obtient ainsi un signal d'intensités moyennes, représentatif du signal VLC reçu, comprenant des composantes égales chacune à une moyenne des intensités^ lumineuses des rangées de la portion d'image.
En référence à la figure 9, la courbe 24 du 20 signal d'intensités moyennes est formée par une succession de pics 25. Les pics 25 comprennent des pics d'intensité locale maximale et des pics d'intensité locale minimale. Ghaque pic d'intensité locale maximale· correspond à un état haut du signal VLC reçu, et 25 chaque pic d'intensité locale minimale -correspond à un état bas du signal VLC reçu. 'Pour obtenir le nombre de bits correspondant à un état haut ou à un état bas, il convient d'évaluer une largeur de chaque pic 25.
On constate cependant sur la figure 9 que 30 1 ' ampl i tude de la courbe 24 n' est pas- cent rée sur une valeur d'amplitude constante. Ceci est dû au -fait que, comme la lampe à LED 1 est située au centré de là par tion d'image, l'intensité lumineuse est plus importante au centre de la portion d'image qu'aux extrémités de: la port-ion d'image.
Ainsi, préalablement à l'évaluation de la lar5- geur des pics 25, l'amplitude de la courbe 24 du signal d'intensités moyennes est recentrée: sur une valeur nulle virtuelle, pour: obtenir une courbe recentrée en amplitude 26: d'un signal recentré en amplitude, visible -sur la figure 10. Les amplitudes des pics 27 sont ainsi définies par rapport à une même référence d'intensité lumineuse, correspondant à la valeur nulle virtuelle 28, et la, largeur de chaque pic correspond à la largeur du pic 27 au niveau de cette valeur nulle virtuelle- 28.
-Pour -cela, on assimile le: signal d'intensités moyennes à une série temporelle, et on utilise: Une méthode de désaisonnalisation de série temporelle. Une tendance de la série temporelle- est alors déterminée, puis cette tendance est soustraite au signal d'intensités moyennes pour obtenir un signal d:-'intensités moyennes recentré .
La méthode de désaisonnalisation de série temporelle utilise- ici un filtre de Hodrick-Presoott.
On suppose donc que le signal d'intensités moyennes est une série temporelle constituée· de valeur y-t, et que chaque- valeur yt est égale à la somme d' une composante de tendance gt et d'une composante cyclique et, de sorte que :
yt=gt+ct, avec t=1, ..., T .
La détermination: des composantes cycliques- ct permet de: produire la courbe recentrée en amplitude 2 6.
L'utilisation du filtre de Hodrick-Prescott a poux objectif de calculer les composantes cycliques ct à partir des valeurs yt en résolvant le problème de minimisation suivant r + λΣί=ιΚ5ί - 9t-i) ~ (5t-i “ 0t-2)l2}·
Le problème de minimisation utilise un paramètre· de lissage N.
Le paramètre de lissage· λ « pénalise » la variabilité dé la composante de tendance gt. Plus la valeur du paramètre de lissage 1 est élevée, plus la variabilité de la composante de tendance gt est faible, et plus la composante de tendance est lissée. Su contraire, plus la valeur du paramètre de lissage λ est faible, plus la variabilité de la composante de tendance gt est importante. Lorsque la valeur du paramètre de lissage 1 est proche de zéro, la composante, de tendance gt devient équivalente à la valeur yt.
Le problème de minimisation qui, vient d'être évoqué peut aussi être écrit comme suit · yT = (AF + lT)gT , où γτ est un vecteur dont les composantes sont les jg, gy est; un vecteur dont les composantes sont les gt, ly est la matrice identité et F est la matrice pentadiogonale suivante :
| rl | —2 | 1 0 - | ... | ... | o- | ||
| -2 | 5 | -4 1 0 | ... | ... | ... ... ... | 0 | |
| 1 | —4 | 6-4 1 | 0 | ... | ».·. ..·. | 0 | |
| 0 | 1 | -4 g _4 | 1 | 0 | ... | 0 | |
| 0 | 0 | 1 -4 6 | _4 | 1 | 0 ...... | 0 | |
| 'E= | : | : | |||||
| 0 | ... | ...... 0 | 1 | -4 | 6-4 1 | 0 | |
| 0 | ... | ... ... ... | 0 | 1 | -4 g _4 | 1 | |
| 0 | ... | ...... ·· | ... | 0 | 1-4 5 | —2 | |
| -0 | ... | ··· ·** | ... | 0 1-2 | 1- |
On a donc :
gT = (IF + IT) 1yT,
Et donc ::· cT = yT — gT, ou cT est est un vecteur dont les composantes sont les- ct.
La valeur du paramètre de lissage K dépend de la périodicité· des· données: yt.
Ici, comme la lampe à LED 1 est située au centré de la portion d'image, l'intensité du signal d'intensités moyennes est relativement forte au milieu de la série temporelle, et relativement faible: au début et à la fin de la série temporelle. Ces différences d'intensité ont tendance à nuire à l'efficacité du filtre de Hodrick-Prescott.
Pour résoudre ce problème, différentes: valeurs de paramètre· de lissage sont· utilisées .
En considérant que la série temporelle yt a une taille égale â n, le paramètre de lissage est le vecteur de lissage suivant :
| 1 2 | 800 800 |
| n —+ 1 8 | 1600 |
| n 7+l 4 | 14400 |
| n 5/3 + 1 | 1600 |
| n 4/3 + 1 | 1100 |
| n + 1 20/17 | 500 |
| n | - 500 - |
Le paramètre de lissage est ainsi un vecteur de lissage comprenant une pluralité de composantes.
La pluralité· de composantes 'Comprend des composantes centrales, situées au centre du vecteur de lissage, et des composantes extrémales, situées aux extrémités du vecteur de lissage.
Les composantes centrales ont des- valeurs supérieures à) celles dés composantes extrémales.
Une valeur d'une composante centrale est supérieure à 10000, et une valeur d'une composante extrémale est inférieure à 1000·
Les valeurs des composantes extrémales sont ici égales à 800 et à 500 . Les- valeurs des composantes centrales· sont ici égales a 1100, 1600 et 14400.
Ainsi, le lissage est relativement faible au début et à la fin de la série temporelle, car la faible intensité lumineuse du signal VLC reçu résulte en une faible amplitude du signal d'intensités moyennes, qui nécessite un lissage faible. Au contraire, le lissage est relativement fort au milieu de la série temporelle^ car la forte intensité lumineuse
23:
du signal VLC reçu résulte en une amplitude importante du signal d'intensités moyennes, qui nécessite un lissage fort.
On obtient ainsi la courbe recentrée* en ampli5 tude 26 du signal recentré· en amplitude (étape E21 de la figure 8).
Il convient ensuite de déterminer les* bits constituant le signal VLC reçu à partir de la courbe* recentrée eh amplitude 26 et, en particulier, le 10 nombre de bits de chaque* séquence d'états hauts et d'états bas. La largeur de chaque pic 27 correspond à
| un | certain | nombre | de bits | égaux à 1 | (pour | un | pic: | |
| d' | intensité | locale | maximale' | ) ou à 0 | (pour | un | pic | |
| d' | intensité | locale | minimale*)*. | |||||
| 15 | On | mesure pour cela | la largeur | de chaque | pic |
de la courbe recentrée en amplitude 26 en réalisant une*: détection des passages par zéro (ou zero-crossing détection, en anglais) de la courbe recentrée en amplitude: 26 (étape E22 ).
Chaque pic d'intensité locale maximale correspond, selon sa largeur, à l'une des *séquences suivantes :
1, 11, 111.
Chaque pic d'intensité locale minimale cortes25 pond, selon sa largeur, à l'une des séquences suivantes :
0, 00.
On obtient ainsi un signal numérique reçu représentatif du signal VLC reçu.
Puis, une fois* que les séquences d'états hauts et d'états bas* ont' été décodées, le procédé* de réception comprend l' étape de détecter les* bits de départ (étape E23) . Pour rappel, les bits de départ contiennent la séquence :
01110010.
Une fenêtre glissante est appliquée sur le si5 gnal numérique reçu pour détecter les- bits de départ.
Puis;, une· fois· que les bits de départ ont été identifiés, les bits de 1'identif iant codé et de la somme de contrôle codée peuvent être récupérés.
les bits du signal numérique reçu, qui suivent 10 les bits de départ, subissent pour cela un décodage Manchester (étape· E24) . Pour cela, 22 bits' -sont ici pris' en compte à partir de la fin des' bits de départ .
Le' décodage 'Manchester est réalisé en utilisant la table de· la f igure 11. Si aucune er reur n' est 15 identifiée pendant le décodage Manchester, on obtient une séquence dé onze bits dans laquelle les huit premiers bits correspondent à l'identifiant (non code) de la lampe LED 1 et les trois derniers bits correspondent à la somme de contrôle· (non codée').
Le décodage Manchester permet de détecter une erreur si le signal numérique reçu 'contient des séquences dé deux « 1 » consécut if s ou de deux « 0 » consécutifs (a l'exception bien sûr des bits de départ) , car le décodage correspondant à la table est 25 réalisé pour des paires de deux bits. Cependant, même si aucune erreur n'est détectée par le décodage Manchester, il est possible que le signal numérique reçu •contienne une erreur.
Le signal numérique codé en Manchester suivant 30 peut par exemple être émis :
01-01-10-01-10-10-10-01, ce qui correspond au signal numérique non codé suivant :
00101110.
Si le signal numérique codé reçu est :
10-01-10-01-10-10-10-01, ce qui correspond au signal numérique non codé reçu suivant :
1010)1110, aucune erreur ne sera détectée au moment du décodage Manchester, alors que· le signal numérique non codé reçu est différent du signal numérique- non -codé émi s.
L'utilisation de la somme de contrôle permet d'éviter ce type d'erreur.
Le calcul de la somme de contrôle· consiste à nouveau à réaliser une addition binaire des bits de l'identifiant pris deux par deux. On obtient ainsi une première somme intermédiaire composée d'une pluralité de bits. Puis, on remplace chaque bit de la première somme intermédiaire par le bit opposé·, pour obtenir une deuxième somme intermédiaire. On prend enfin les trois derniers bits de la deuxième somme intermédiaire pour obtenir- la- somme dé contrôle. On vérifié si la somme de· contrôle obtenue* dans· le signal numérique reçu- correspond à celle du signal numérique- émis (étape 25 E25).
Si la somme de contrôle correspond, le procédé de réception comporte l'étape de fournir au deuxième composant de traitement du téléphone mobile 2 l'identifiant de la lampe à LED 1, pour que- la géolo30 calisation du téléphoné mobile 2 puisse être réalisée.
Sinon, un message d'erreur est généré par le deuxième composant de traitement (étape E26).
Bien sûr, l'ensemble des étapes de la phase de décodage Ph_d sont ensuite réalisées pour chaque objet 23 de la table d'objets 23 (et donc pour chaque lampe à LED 1) , dans un ordre correspondant à la position 5 des objets· 23 dans la table d'objets 23.
Les figures^ 12 à 16 permettent d'illustrer les performances du procédé de réception.
La figure 12 représente une courbe 30 d'un signal d'intensités moyennes. La figure 13 représente 10 une courbe recentrée en amplitude 31 obtenue en utilisant une méthode de désaisonnalisation utilisant une régression polynomiale. La 'figure 14 représente: une courbe recentrée en amplitude 32 obtenue grâce à une méthode de désaisonnalisation utilisant un filtre de 15 HOdrick-Prescott classique. La figure 15 représente une courbe recentrée en amplitude 33 obtenue grâce au procédé de réception décrit ici.
On remarque que la courbe recentrée en amplitude 31 et la courbe recentrée en amplitude 32; ne sont 20 pas centrées sur la valeur nulle virtuelle 34 entre: les rangées /280' à; 350, cohtrairemêht à la courbe recentrée en amplitude 33, qui est parf alternent centrée sur la valeur 'nulle: virtuelle 35.
La figure 16 représente une première courbe
36, une: deuxième courbe/ 37 et une troisième courbe 38.
La première courbe 36, la deuxième courbe 37 et la troisième courbe 38 illustrent un taux: d'erreur de réception de l'identifiant de la lampe à LED 1 par: le téléphone: 'mobile 2, en fonction de la distance 30 entre le téléphone mobile 2 et la lampe/ à LED 1.
La première courbe 36 correspond à*
1'utilisation d'une méthode de désaisonnalisation uti-
lisant une régression polynomiale. La deuxieme courbe 37 correspond à l'utilisation d'une méthode de désaisonnalisation utilisant un filtre de Hodrick-Prescott clasique. La troisième courbe 38 correspond à l'utilisation d'une méthode de désaisonnalisation utilisée dans le procédé de réception décrit ici.
Le taux d'erreur moyen est égal à 0, 0093% pour la courbe· 36, à 0,0107% pour la courbe 37, et a 0,0030% pour la courbe 38. Le procédé de réception qui vient d'être décrit est donc très performant, en particulier lorsque la distance entre la lampe à LED 1 et le téléphone mobile 2 est importante.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre< de 1'invention tel que défini par les revendications .
Qn a décrit ici que le deuxième codage, destiné à coder le premier signal codé dans le but d'augmenter une puissance électrique moyenne fournie à la diode électroluminescente, consiste à réaliser une modulation de f réquence sur les états bas du premier Signal codé. Ce type de deuxième codage est particulièrement avantageux dans le cas où le driver de la diode est un driver de tension. Ce deuxième codage est aussi particulièrement avantageux dans le cas où un variateur est positionné en entrée du driver, que le driver soit un driver de tension ou un driver de courant.
Dans le cas ou le driver est un driver de courant.
et Où un variateur n ' est pa s positionné en entrée du driver, il est particùlièrement avantageux de choisir un autre type de deuxième codage. Le deuxième codage consiste alors à modifier un rapport cyclique du premier signal codé (obtenu suite à un codage Manchester·') . On augmentera, par exemple une durée des 5 états hauts du premier signal codé. On augmente ainsi une durée des pulsations de courant qui pilotent la diode·, et donc on augmente la puissance électrique moyenne· fournie à la diode électroluminescente et donc la puissance lumineuse moyenne produite· par la diode 10 électroluminescente.
Bien que l'on ait Ici décrit la mise en œuvre de l'invention dans une fonction de géolocalisation intérieure, l'invention peut bien sur être mise en œuvre dans une application différente, par exemple 15 dans une fonction de géolopalisation extérieure/.
Claims (6)
- REVENDICATIONS1. Procédé de réception d'un signal lumineux5 modulé de type signal VLC·, -mis en œuvre dans un appareil électronique (2) comportant un appareil photo comprenant un capteur' CMOS, le procédé· de réception comportant les étapes de :- acquérir une image· (20) comprenant des franges10 (21, 22) correspondant â des états hauts et à des états bas du signal lumineux modulé ;- convertir l'image en un signal d'intensités moyennes, le- signal d'intensités moyennes comprenant des composantes représentatives chacune d'une moyenne15 d'intensité lumineuse d'une rangée de 1'image ;- assimiler le signal d'intensités moyennes à une série temporelle, et mettre en œuvre une· méthode de désaisônnalisation sur la série temporelle, pour obtenir une courbe recentrée en amplitude (2 6) ;20 - déterminer des largeurs de pics (27) de la courbe recentrée en amplitude (26)z ën réalisant une détection de passages par zéro de la courbe· recentrée en amplitude (27) ;- reproduire un signal numérique contenu dans le25 signal lumineux modulé à partir des largeurs des pics (27) .
- 2. Procédé de réception selon la revendication1, dans lequel la méthode de désaisonnalisation met en œuvre un filtre de Hodrick^Prescott.30 3). Procédé de réception· selon la revendication2, dans lequel la mise en œuvre du filtre de HodrickPrescott utilise un paramètre de lissage, le paramètre de lissage étant un vecteur de lissage comprenant une pluralité de composantes.4. Procédé de réception selon la revendication
- 3, la pluralité de composantes comprenant des compo-5 santés centrales et des composantes extrémales, les composantes centrales ayant des valeurs supérieures à celles des· composantes extrémales.5. 'Procédé· de réception selon la revendication
- 4, dans lequel une valeur d'une composante centrale 10 -est; supérieure à 10000, et dans lequel une valeur d'une composante extrémale est inférieure à 1000.6. 'Procédé de réception selon la revendication L, destiné· â recevoir des signaux lumineux modulés· générés' par des sources d/émission lumineuse distinctes,15 le procédé de réception comprenant en outre Une étape de mettre' en œuvre· des opérations· morphologiques sur l'image (20) pour distinguer des objets (23) correspondant· chacun à une source; d'émission lumineuse.7. Procédé de réception selon la revendication20 6, comprenant en outre une étape d'appliquer un algorithme d'étiquetage en composantes connexes sur chaque objet; (23).8. Procédé de réception selon la revendication6, comprenant en outre les· étapes de déterminer un25 centrorde dé chaque objet; (23), et de calculer une distance euclidienne; entre le cen t roi de de chaque objet (23) et le centre de l'image (20).9. Procédé de réception selon la revendication G, comprenant en outre l'étape d'extraire de l'image30 (20) des· portions d' image comprenant' chacune un objet (23), chaque objet (23) étant positionné au centre^ de la portion d'image correspondante.10. Procédé de de réception selon l'une des revendications précédentes, le signal lumineux modulé comportant des données de position utilisées pour géolocaliser 1'appareil électronique.
- 5 11. Appareil électronique· comportant un appareil photo comprenant un capteur CMOS, et un composant de traitement dans lequel est mis' en œuvre le procédé de réception selon l'une des revendications précédentes.12. Appareil électronique selon la revendication
- 10 11, l'appareil électronique étant un téléphone mobile (2) ou une tablette ou un ordinateur portable ou une montre connectée.
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| WO2013016439A1 (fr) * | 2011-07-26 | 2013-01-31 | ByteLight, Inc. | Source lumineuse modulatrice auto-identifiante |
| EP2811668A1 (fr) * | 2013-06-04 | 2014-12-10 | Univerlink Inc. | Procédé de réception de lumière visible et appareil l'utilisant |
| WO2016001339A1 (fr) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | Koninklijke Philips N.V. | Communication de données de code à barres |
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| WO2016001339A1 (fr) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | Koninklijke Philips N.V. | Communication de données de code à barres |
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