ПЕРЕДАЧА И ПРИЕМ КОДИРОВАННОГО СВЕТА Российский патент 2015 года по МПК H05B37/02 H04L27/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе кодированного света. В частности, оно относится к способам и устройствам для назначения идентификаторов источникам света в системе кодированного света и выявлению идентификаторов.

Уровень техники

Источники света в настоящее время применяются в системах освещения, состоящих из большого количества источников света. Появление твердотельных осветительных приборов дало возможность изменять и регулировать некоторые параметры этих источников света в системе источников света. Такие параметры включают в себя интенсивность света, цвет света, цветовую температуру света и даже направление света. Изменяя и регулируя эти параметры разных источников света, проектировщик освещения или пользователь системы может создавать сцены освещения. Этот процесс часто называют постановкой сцены, и он обычно является весьма сложным процессом в силу большого количества источников света и параметров, которые нужно регулировать. Обычно для каждого источника света требуется один контроллер, или канал управления. Это затрудняет управление системой, состоящей из более десяти источников света.

Для обеспечения более интуитивно понятного и упрощенного управления источниками света и для создания сцен, ранее было предложено внедрение невидимых идентификаторов в световой выход осветительных приборов. Это внедрение идентификаторов может осуществляться на основании уникальной модуляции видимого света (VL) осветительного прибора или путем размещения дополнительного инфракрасного (IR) источника света в осветительном приборе и уникальной модуляции этого IR света. Свет с внедренными идентификаторами будем называть кодированным светом (CL).

Для передачи CL, в основном, используются светодиоды (LED), допускающие достаточно высокую частоту и широкую полосу модуляции. Это, в свою очередь, может обеспечивать быстрый отклик системы управления. Однако идентификаторы также можно внедрять в свет других источников света, например, ламп накаливания, галогенных, люминесцентных (FL) ламп и газоразрядных ламп высокой интенсивности (HID).

Эти идентификаторы источников света, также именуемые кодами, позволяют идентифицировать и оценивать интенсивность отдельных локальных составляющих освещения. Это можно применять в приложениях управления светом, например, в ходе пусконаладочных работ, при выборе источников света и интерактивной постановке сцены. Эти приложения используются, например, в домах, офисах, магазинах и больницах. Таким образом, эти идентификаторы источников света обеспечивают простое и интуитивно понятное управление осветительной системой, которое в противном случае может быть очень сложным.

Системы освещения на основе LED обычно состоят из большого количества, например, сотен, пространственно распределенных LED. Это отчасти объясняется тем, что единичный традиционный LED, пока не может обеспечивать достаточное освещение, и тем, что LED являются точечными источниками. В силу большого количества LED и широкого диапазона уровней освещения, которые могут поддерживаться каждым LED, сложность калибровки и управления такой системы освещения весьма высока. Согласно состоянию традиционной техники, в системе кодированного света можно идентифицировать лишь ограниченное количество (например, до 100) источников света.

В US 2008/297070 A1 раскрыт пульт дистанционного радиоуправления и программируемый осветительный прибор, включающий в себя радиоинтерфейс. Параметры программируемых осветительных приборов, связанные с основной регулировкой программируемых осветительных приборов или установкой программируемых осветительных приборов, таким образом, регулируются с помощью пульта дистанционного радиоуправления. Таким образом, осуществляется дистанционное управление осветительным прибором с помощью пульта пульту дистанционного радиоуправления.

В WO 2006/134122 A1 раскрыта система радиосвязи, где используется, по меньшей мере, две полосы частот, содержащие совокупность частотных поддиапазонов для передачи сигналов от и/или на абонентские терминалы согласно аналогичному способу передачи. Частотные поддиапазоны имеют разную частотную ширину в, по меньшей мере, двух полосах частот.

В EP 1538802 A2 раскрыта система связи OFDM с адаптивным назначением поднесущих согласно канальным условиям. Система связи OFDM описана применительно к мобильной связи. В частности, рассмотрен вопрос назначения поднесущих мобильной станции на базовой станции.

В US 6195341 B1 раскрыт способ связи для осуществления связи в режиме нескольких несущих с использованием совокупности поднесущих. В частности, раскрыт способ связи, применимый, например, к базовой станции и оконечному устройству в радиотелефонной системе. Задачей является обеспечение удовлетворительной передачи запроса доступа на базовую станцию и т.п. при осуществлении связи в радиотелефонной системе и т.п. в эффективной системе.

В WO 2007/095740 A1 раскрыты системы освещения и, в частности, идентификация источников света, связанных с системами освещения. Источник света выполнен с возможностью посылать сигнал маяка, представляющий его уникальный идентификатор. Сигнал маяка интегрирован в свет, излучаемый источником света. Благодаря использованию электронной передачи данных с блока дистанционной регистрации на контроллер, обеспечивается эффективная и точная передача одного или нескольких уникальных идентификаторов на контроллер.

Согласно WO 2008/080071 A1, предусмотрены источник оптической мощности, источник оптического освещения и источник оптически кодированных данных. Выходные сигналы этих различных источников мультиплексируются, благодаря чему, оптическая мощность, оптическое освещение и оптически кодированные данные передаются по общему оптическому волноводу.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является решение этой проблемы и обеспечение способов, устройств и системных принципов, которые снижают зависимость от количества источников света в системе кодированного света при назначении и выявлении идентификаторов источников света.

В общем случае, вышеозначенные задачи решаются посредством способов и устройств, описанных в независимых пунктах формулы изобретения.

Согласно первому аспекту, вышеозначенные задачи решаются посредством способа назначения идентификаторов источникам света в системе кодированного освещения, причем способ содержит этапы, на которых: делят доступную полосу частот на N неравномерных частотных областей, и выбирают для каждого источника света уникальную частоту из набора равномерно разнесенных частот в одной из неравномерных частотных областей, причем уникальная частота используется для модуляции света, выводимого каждым источником света, таким образом назначая идентификатор каждому источнику света. Это обеспечивает эффективный процесс назначения, который позволяет назначать большое количество уникальных идентификаторов. Таким образом, в системе освещения можно использовать большое количество источников света, имеющих уникальные идентификаторы. В общем случае, процесс назначения осуществляется так, чтобы при выявлении идентификаторов можно было использовать множественные гармоники. Это позволяет эффективно оценивать назначенные идентификаторы.

Промежуток между равномерно разнесенными частотами может быть разным для разных частотных областей. Это обеспечивает гибкий способ назначения.

Промежуток между равномерно разнесенными частотами может быть больше для области низких частот, чем для области высоких частот. Поскольку больший промежуток допускает более точное оценивание, это может обеспечивать процесс назначения, который обеспечивает неравную ошибкоустойчивость. Однако, в зависимости от приемника, можно добиться равной ошибкоустойчивости.

Полоса частот между нормализованными значениями частоты 0 и 1 может делиться на N частотных областей. Для 1≤n≤N-1 ширина частотной области n может задаваться нормализованным значением частоты 2/((n+1)(n+2)). Такие значения ширины соответствуют значениям ширины гармоник.

Для 1≤n≤N-1 нижняя граница частотной области n может задаваться нормализованным значением частоты (n-1)/(n+1). В результате, каждая частотная область соответствует упорядоченным гармоникам.

Выводимый свет может модулироваться методом широтно-импульсной модуляции, и коэффициент заполнения широтно-импульсной модуляции может зависеть от, по меньшей мере, одного из уникальной частоты и уровня ослабления источника света. Это позволяет связывать идентификаторы с методом модуляции источников света.

Согласно второму аспекту, вышеозначенные задачи решаются посредством способа оценивания идентификаторов, назначенных источникам света в системе кодированного освещения, причем идентификаторы назначены согласно описанному выше способу, при этом способ содержит этапы, на которых: принимают свет; определяют уникальную частоту, выбранную из набора равномерно разнесенных частот в одной из N неравномерных частотных областей доступной полосы частот путем оценивания уникальной частоты для частотной области n, 1≤n≤N-1, на основании гармоники (n+1) принятого света, и определяют идентификаторы из уникальных частот. Это обеспечивает эффективный и не требующий большого объема вычислений способ оценивания идентификаторов, назначенных согласно описанному выше способу.

Способ может дополнительно содержать оценивание амплитуды принятого света из принятого света. Способ может дополнительно содержать оценивание фазы принятого света из принятого света. Амплитуду и фазу можно использовать для более точного определения идентификаторов из уникальных частот.

Способ может дополнительно содержать определение отдельных составляющих освещения на основании амплитуды.

Способ может дополнительно содержать вычитание полного оценочного сигнала, назначенного частоте в частотной области n, до оценивания уникальной частоты для частотной области n+1. Это обеспечивает способ последовательного оценивания идентификаторов. В общем случае, гармоники частотной области n будут коррелировать с гармониками частотной области n+1. Однако благодаря вычитанию полного оценочного сигнала для частотной области n до оценивания уникальных частот для частотной области n+1, влияние гармоник частотной области n при оценивании частот частотной области n+1 минимизируется. Таким образом, обеспечивается процесс оценивания, требующий умеренной вычислительной нагрузки, и все же обеспечивающий точные результаты оценивания.

Согласно третьему аспекту, вышеозначенные задачи решаются посредством устройства управления светом для назначения идентификаторов источникам света в системе кодированного освещения, содержащего: блок обработки, предназначенный назначать идентификатор источникам света, благодаря чему для каждого источника света идентификатор определяет уникальную частоту, используемую для модуляции света, выводимого каждым источником света, путем осуществления этапов, на которых: делят доступную полосу частот на N неравномерных частотных областей, и выбирают уникальную частоту из набора равномерно разнесенных частот в одной из неравномерных частотных областей.

Устройство управления светом позволяет эффективно реализовать способ назначения идентификаторов источникам света в системе кодированного освещения.

Согласно четвертому аспекту, вышеозначенные задачи решаются посредством приемника для оценивания идентификаторов, назначенных источникам света в системе кодированного освещения, содержащего: светоприемник; блок обработки, предназначенный осуществлять этапы, на которых: определяют уникальную частоту, выбранную из набора равномерно разнесенных частот в одной из N неравномерных частотных областей доступной полосы частот путем оценивания уникальной частоты для частотной области n, 1≤n≤N-1, на основании гармоники (n+1) света, принятого светоприемником, и определения идентификаторов из уникальных частот.

Приемник позволяет эффективно реализовать способ оценивания идентификаторов, назначенных источникам света в системе кодированного освещения.

Заметим, что изобретение относится к всевозможным комбинациям признаков, указанных в формуле изобретения. Аналогично, преимущества первого аспекта применимы ко второму аспекту, третьему аспекту и четвертому аспекту, и наоборот.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты настоящего изобретения описаны ниже более подробно, со ссылкой на прилагаемые чертежи, демонстрирующие вариант(ы) осуществления изобретения.

Фиг. 1 - система освещения согласно варианту осуществления.

Фиг. 2(a) - источник света согласно варианту осуществления.

Фиг. 2(b) - источник света согласно варианту осуществления.

Фиг. 3 - приемник согласно варианту осуществления.

Фиг. 4 - логическая блок-схема согласно варианту осуществления;

Фиг. 5 - логическая блок-схема согласно варианту осуществления;

Фиг. 6 - примеры сигналов широтно-импульсной модуляции.

Фиг. 7 - частотные диапазоны для разных гармоник.

Фиг. 8 - процесс последовательной итерации.

Осуществление изобретения

Нижеследующие варианты осуществления представлены в порядке примера для обеспечения завершенности и полноты данного раскрытия и полного донесения объема изобретения до специалистов в данной области техники. Чертежи снабжены сквозной системой обозначений.

Согласно Фиг. 1, система 100 освещения содержит по меньшей мере, один источник света, обозначенный позицией 102. Источник 102 света может входить в состав системы управления освещением, таким образом, систему 100 освещения можно условно именовать системой кодированного освещения. Заметим, что термин “источник света” означает устройство, которое используется для обеспечения света в помещении, с целью освещения объектов в помещении. Примеры таких устройств обеспечения света включают в себя осветительные устройства и осветительные приборы. Под помещением в этом контексте обычно понимается жилая комната или кабинет в учреждении, спортзал, помещение в публичном месте или часть открытого пространства, например, часть улицы. Каждый источник 102 света способен излучать свет, что схематически указано стрелкой 106.

В силу большого количества источников 102 света и широкого диапазона уровней освещения, которые могут поддерживаться каждым источником 102 света, сложность калибровки и управления такой системы 100 освещения чрезвычайно высока. Согласно состоянию традиционной техники, лишь ограниченное количество (например, до 100) источников 102 света можно идентифицировать в системе 100 освещения на основании кодированного освещения. Эту проблему можно разрешить посредством способов, устройств и системных концепций, описанных ниже, которые ослабляют зависимость от количества источников света в системе 100 освещения при назначении и выявлении идентификаторов источников 102 света.

Излучаемый свет содержит модулированную часть, связанную с кодированным светом, содержащую идентификатор источника света. Способ назначения идентификаторов источникам света будет рассмотрен ниже. Излучаемый свет также может содержать немодулированную часть, связанную с составляющей освещения. Каждый источник 102 света может быть связан с рядом настроек освещения, помимо прочего, относящихся к составляющей освещения источника света, например, цветом, цветовой температурой и интенсивностью излучаемого света. В общем случае, составляющую освещения источника света можно определить как усредненный по времени выход света, излучаемого источником 102 света.

Система 100 освещения дополнительно содержит прибор 104, именуемый приемником, для обнаружения и приема света, например, кодированного света, содержащего идентификатор источника света, излучаемого источником 102 света, а также света, излучаемого источниками света вне системы 100 освещения (не показаны).

Система 100 освещения может дополнительно содержать прибор 110, именуемый устройством управления светом, для назначения идентификатора источникам 102 света. Для осуществления такого назначения, схематически указанного стрелкой 112, устройство 110 управления светом может обладать рядом функциональных возможностей. Эти функциональные возможности будут описаны ниже со ссылкой на логическую блок-схему, представленную на Фиг. 5. Устройство 110 управления светом может входить в состав центрального контроллера. Он может содержать блок обработки или входить в его состав. Например, функциональные возможности устройства 110 управления светом могут осуществляться при изготовлении источников 102 света.

Согласно Фиг. 1, пользователь может, по своему желанию, выбирать источник 102 света в системе 100 освещения и управлять им с использованием приемника 104. Для этого, источники 102 света испускают уникальный идентификатор через видимый свет 106. Приемник 104 имеет (направленный оптический) датчик света, который, при нацеливании, может различать составляющие света разных источников света и выбирать соответствующий источник 102 света. Этим источником 102 света можно управлять по линии связи, например, линии 108 радиосвязи, например, на основе ZigBee.

Альтернативно, согласно Фиг. 1, пользователь может, по своему желанию, управлять источниками 102 света в системе 100 освещения для создания освещения в определенном месте и/или с нужной интенсивностью и/или цветом света. Для этого, источники 102 света испускают уникальный идентификатор через видимый свет 106. Приемник 104 имеет светоприемник и способен различать и оценивать величину составляющих света разных источников 102 света в данном месте. Затем приемник 104 может оценивать необходимые составляющие идентифицированных источников света и передавать новые световые настройки источникам 102 света, как указано стрелкой 108 на Фиг. 1.

На Фиг. 2(a) и Фиг. 2(b) изображены функциональные блок-схемы источника 200a, 200b света, например, рассмотренного выше источника света 102 на Фиг. 1. Источник 200a, 200b света может, таким образом, быть выполнен с возможность излучать свет освещения, а также кодированный свет, причем кодированный свет содержит идентификатор источника света для источника 200a, 200b света. Источник 200a, 200b света содержит излучатель 202 для излучения кодированного света. Излучатель 202 может содержать один или несколько LED, но также может содержать один или несколько источников FL или HID и т.д. В случае IR, обычно IR LED будет располагаться вблизи первичного источника света. Первичный источник света связан с осветительной функцией источника света (т.е. служит для излучения света освещения) и может представлять собой любой источник света, и вторичный источник света связан с идентификатором источника света (т.е. служит для излучения кодированного света). Предпочтительно, этот вторичный источник света представляет собой LED. Источник 200a, 200b света дополнительно содержит приемник 208 для приема информации, например идентификатора, для назначения измененного идентификатора источника света источнику 200a, 200b света. Приемник 208 может представлять собой приемник, способный принимать кодированный свет. Приемник 208 может содержать инфракрасный интерфейс для приема инфракрасного света. Альтернативно, приемник 208 может представлять собой радиоприемник для приема информация, передаваемой по беспроводному каналу. В порядке еще одной альтернативы, приемник 208 может содержать разъем для приема информации, передаваемой по кабелю. Кабелем может служить силовой кабель. Кабелем может служить компьютерный кабель.

Источник 200a, 200b света может дополнительно содержать другие компоненты, например, блок 204 обработки, например, центральный процессор (ЦП) и память 206. Согласно Фиг. 2(b), устройство 210 управления светом может входить в состав блок 204 обработки. Альтернативно, согласно Фиг. 2(a), источник 200a света не содержит устройство управления светом. Устройство управления светом может составлять часть системы 100 освещения, как рассмотрено выше со ссылкой на Фиг. 1. В порядке еще одной альтернативы, источник 200a, 200b света может быть снабжен идентификаторами при изготовлении источника 200a, 200b света. Согласно Фиг. 2(b), устройство 210 управления светом может оперативно подключаться к приемнику 208, памяти 206 и излучателю 202. Устройство 210 управления светом может принимать от приемника 208 информацию, относящуюся к назначению идентификатора источнику 200 света. Например, с помощью блока 204 обработки, устройство 210 управления светом может изменять кодирование кодированного света, чтобы кодированный свет, излучаемый излучателем 202, содержал идентификатор. Для осуществления такого назначения, устройство 210 управления светом может обладать рядом функциональных возможностей. Эти функциональные возможности будут описаны ниже со ссылкой на логическую блок-схему, представленную на Фиг. 5. Информация, относящаяся к идентификаторам, например, идентификаторам и параметрам кода, может храниться в памяти 206. Таким образом, в иллюстративном источнике 200а света на Фиг. 2(a), который не содержит устройство управления светом, источник 200а света может назначать новые идентификаторы источнику 200а света на основании информации, принятой приемником 208 и относящейся к идентификаторам и параметрам кода, хранящейся в памяти 206.

Осветительный прибор (не показан) может содержать, по меньшей мере, один источник 200a, 200b света, причем каждому источнику света могут быть назначены отдельные идентификаторы источников света. Предпочтительно, этот источник света является источником света на основе LED.

На Фиг. 6 показан иллюстративный возбуждающий сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для иллюстративных источников света 1 и 2. ШИМ является эффективным способом уменьшения светового выхода источника света. Согласно способу ШИМ, источник света возбуждается (т.е. выводит свет) на номинальном уровне тока в течение некоторого промежутка времени и не возбуждается (т.е. не выводит свет) в течение оставшегося времени. Следовательно, сигнал ШИМ состоит из повторяющейся последовательности импульсов. Отношение времени включения к времени выключения часто называют коэффициент заполнения p. В верхней части Фиг. 6 коэффициент заполнения для источника света 1 (обозначенный p ₁) равен коэффициенту заполнения источника света 2 (обозначенному p ₂). В частности, p ₁=p ₂=0,5. В нижней части Фиг. 2 коэффициенты заполнения равны p ₁=p ₂=0,25. При высоком коэффициенте заполнения, на источник света, в среднем, поступает больший ток, и, таким образом, из источника света выводится свет более высокой интенсивности. Световой выход источника света хорошо коррелирует с сигналом тока и ведет себя аналогично сигналу, изображенному на фигуре. Обычно частота сигнала ШИМ превышает несколько сотен герц (Гц), благодаря чему зрительная система человека не воспринимает включение и выключение света. Для источника света 1, показанного на Фиг. 6, частота сигнала ШИМ обозначена f ₁. Аналогично, для источника света 2, показанного на Фиг. 6, частота сигнала ШИМ обозначена f ₂ в этом иллюстративном примере f ₁<f ₂.

На Фиг. 6 показано, что LED может назначаться уникальная частота f _i сигнала ШИМ, которая выступает в роли кодированного светового идентификатора для источника света. Эта уникальная частота позволяет однозначно идентифицировать свет, исходящий из источника света. Этот способ кодирования света называется мультиплексированием с частотным разделением (FDM). Поскольку световой выход зависит только от коэффициента заполнения, т.е. не от частоты, источник света можно ослаблять, изменяя этот коэффициент заполнения.

На Фиг. 3 приведена функциональная блок-схема приемника 300 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Приемник 300 содержит блок обработки, схематически обозначенный позицией 302, предназначенный оценивать идентификатор, назначенный источнику 102 света, на основании света, принятого светоприемником 304 приемника 300. Для осуществления такого выявления, блок 300 обработки обладает рядом функциональных возможностей. Эти функциональные возможности будут описаны ниже со ссылкой на логическую блок-схему, представленную на Фиг. 7. Приемник 300 дополнительно содержит память 306 и передатчик 308. В памяти 306 могут храниться инструкции, относящиеся к функциональным возможностям оценивания назначенного идентификатора. Передатчик 308 можно использовать для передачи обновленных идентификаторов источникам 102 света в системе 100 освещения.

Способ назначения идентификаторов источникам света в системе кодированного освещения описан ниже со ссылкой на логическую блок-схему, представленную на Фиг. 4. Раскрытый способ представлен в контексте FDM.

Доступная полоса частот делится на N неравномерных (неперекрывающихся) частотных областей, этап 402. Таким образом, доступная полоса частот может задаваться доступной полосой. Доступная полоса частот задана между нижней предельной частотой и верхней предельной частотой. Благодаря делению полосы частот на N (неперекрывающихся) частотных областей, частотный диапазон вплоть до всего N-го гармонического диапазона можно использовать при выявлении и оценивании на приемнике 300. Нижняя предельная частота может включать в себя нулевое значение частоты. Однако для кодированного света VL, обычно более низкая частота превышает 100 Гц во избежание видимости. Более высокая частота ограничена полосой устройства 110, 210 управления светом и свойствами источников света и обычно составляет порядка 1-10 МГц. Практические значения нижней предельной и верхней предельной частот самой низкой частотной области составляют 2 и 4 кГц, соответственно. Источники света также можно делить на N (неперекрывающихся) групп соответственно.

В общем случае, частотная ширина каждой такой неравномерной частотной области может отличаться от частотной области к частотной области. Иными словами, частотные области могут быть связаны с конкретной шириной. Для упрощения системы обозначений и без потери общности, в дальнейшем будем рассматривать нормализованные значения частоты. В частности, будем предполагать, что (нормализованное) значение нижней предельной частоты имеет значение 0, и (нормализованное) значение верхней предельной частоты имеет значение 1.

Кроме того, ширина неравномерных частотных областей может быть больше для области низких частот, чем ширина области высоких частот. Иными словами, частотные области могут быть связаны с конкретным порядком. Более того, ширина неравномерных частотных областей может уменьшаться с увеличением частотного контента в ней. Иными словами, частотные области могут быть связаны с конкретными шириной и порядком. В частности, ширина частотной области n, где 1≤n≤N-1, может задаваться нормализованным значением частоты 2/((n+1)(n+2)). Ширина частотной области N в этом случае задается выражением 2/(N+1). В частности, нижняя граница частотной области n для 1≤n≤N-1 может задаваться нормализованным значением частоты (n-1)/(n+1). Поскольку ширина частотной области N может задаваться выражением 2/(N+1), и ширина (нормализованная) всей доступной полосы частот равна 1, нижняя граница частотной области N может задаваться выражением 1-2/(N+1).

Затем уникальная частота для каждого источника света выбирается из набора равномерно разнесенных частот в одной из неравномерных частотных областей, этап 404. Таким образом, частоты в каждой частотной области равномерно разнесены. Однако промежуток между равномерно разнесенными частотами может быть разным для разных частотных областей. В частности, промежуток между равномерно разнесенными частотами может быть больше для области низких частот, чем для области высоких частот.

В общем случае, количество значений частоты в каждой неравномерной частотной области может отличаться от частотной области к частотной области. В частности, обозначим L _n количество равномерно разнесенных частот в области n. Отношение между L _n и L _n+1 может задаваться как L _n/L _n+1=(2+n)/(1+n). Таким образом, зная количество равномерно разнесенных частот в области n, можно найти количество равномерно разнесенных частот в области n+1, или наоборот. В частности, задав значение для количества равномерно разнесенных значений частоты L ₁ в области 1, можно найти количество равномерно разнесенных значений частоты для остальных N-1 областей. Обычно каждая область может содержать до нескольких сотен равномерно разнесенных значений частоты.

Затем уникальная частота используется для модуляции света, выводимого каждым источником света. Таким образом, каждому источнику света назначается идентификатор, этап 406. Свет, излучаемый источниками света, можно модулировать методом широтно-импульсной модуляции. Коэффициент заполнения широтно-импульсной модуляции может зависеть от уникальной частоты, связанной с идентификатором, назначенным каждому источнику света. Обозначим p _i коэффициент заполнения источника света i в частотной области n, 1≤n≤N-1. Можно потребовать, чтобы sin(π(n+1)p _i)≠0. Для группы N можно потребовать, чтобы sin(πNp _i)≠0. Одна причина наложения такого ограничения состоит в том, может быть желательным выявлять идентификаторы n-ой группы на основании (n+1)-й гармоники сигнала. Однако для sin(π(n+1)p _i)=0 вклад источника i в (n+1)-ю гармонику равен нулю. Следовательно, выявление будет невозможно. Например, коэффициент заполнения любого источника света в группе 1 не должен быть равен 1/2, поскольку это приведет к возникновению второй гармоники, амплитуда которой равна нулю. Это не позволяет оценить ее.

Однако если требуется, чтобы коэффициент заполнения источника света p _i был задан равным неразрешенному значению, коэффициент заполнения можно отрегулировать на малое значение δ _p . В этом случае коэффициент заполнения p _i источника света i в частотной области n, 1≤n≤N-1, можно отрегулировать до p _i+δ _p, так что |(sin(π(n+1)p _i))/(π(n+1))|>δ _p. Аналогично, для полосы частот N коэффициент заполнения p _i источника света i в полосе частот N, можно отрегулировать до p _i+δ _p, так что |(sin(πNp _i))/(πN)|>δ _p. Типичное значение δ _p составляет δ _p≈0,001.

Свет, излучаемый источниками света, также можно связать с уровнем ослабления, соответствующим относительной интенсивности света источника света. Коэффициент заполнения широтно-импульсной модуляции может зависеть от уровня ослабления источника света.

На Фиг. 7 показан частотный диапазон разных гармоник света, принятого приемником. Можно видеть, что частотные диапазоны перекрываются. Например, третий гармонический диапазон частично перекрывается со вторым гармоническим диапазоном. Это перекрывание указывает, что сигналы от разных источников света коррелируют. Следовательно, блок оценивания идентификаторов источников света, использующий эти гармоники, может выдавать ошибку из-за этой корреляции, что ограничивает возможности оценивания. Кроме того, корреляция между сигналами разных источников света может зависеть от неизвестных параметров, например, фазы и частоты.

Следовательно, создать хорошо работающий блок оценивания не просто. Далее, из Фиг. 7 следует, что в первой половине (приблизительно) второго гармонического диапазона не существует частотного перекрывания. Это означает отсутствие помехи со стороны других гармоник других источников света в первой половине второго гармонического диапазона. Другими словами, в этом частотном диапазоне блок оценивания можно сформировать только на основании этой гармоники, без учета влияния других идентификаторов. Мы будем называть это индивидуальный блок оценивания. Кроме того, при условии, что частотное разнесение между вторыми гармониками от разных источников света задано равным 2/T, где T - время отклика приемника, можно использовать индивидуальный блок оценивания, например, на основе банка фильтров, использующих треугольную вырезающую функцию. Эквивалентно, частотное разнесение между основными частотами равно 1/T. Следовательно, при использовании второй гармоники, источники света упаковываются в два раза теснее по сравнению с системой, применяющей выявление на основании основной частоты. Дополнительно, если сигнал четвертой гармоники источников света в первой половине можно оценить из соответствующих вторых гармоник, эти сигналы четвертой гармоники можно вычитать из полного принятого светового сигнала, и некоторая часть частотного диапазона третьей гармоники будет высвобождена из частотного перекрывания.

Можно рассматривать множественные гармоники, поскольку частоты дополнительно разнесены в гармониках основной частоты, что позволяет различать и точно оценивать параметры частотных идентификаторов. Процесс оценивания основан на следующих общих принципах. Параметры источников света в частотном диапазоне 1 можно оценивать с использованием вторых гармоник (как показано в верхней части Фиг. 7). Затем полный принятый световой сигнал, включающий в себя все гармоники, можно вычитать из полного принятого сигнала. После этого, процесс оценивания может перейти к оцениванию идентификаторов для источников света во второй группе источников света с использованием третьих гармоник. Следовательно, ширину частотного диапазона для первой группы можно определить так, чтобы перекрывание между третьим и вторым гармоническими диапазонами можно было устранить, что показано темными областями на Фиг. 7. В иллюстративном примере на Фиг. 7, первый частотный диапазон занимает примерно первую треть всей полосы частот. Аналогично, частотный диапазон от около одной трети до около половины всей полосы частот, т.е. примерно 1/6 всего спектра, выделен второй группе. Параметры источника света сигналы во второй группе можно оценивать на основании третьих гармоник (как показано в нижней части Фиг. 7). Затем параметры сигнала следующих источников света можно оценивать на основании, по меньшей мере, четвертых гармоник. Эту процедуру можно систематически распространять на все N групп.

Способ оценивания идентификаторов, назначенных источникам света в системе кодированного освещения будет писан со ссылкой на логическую блок-схему, представленную на Фиг. 5.

Свет принимается приемником 104, 300, этап 501. Оценивается уникальная частота, выбранная из набора равномерно разнесенных частот в одной из N неравномерных частотных областей доступной полосы частот, этап 502. Этот этап имеет несколько подэтапов. Для каждой частотной области n, 1≤n≤N-1, уникальная частота оценивается на основании гармоники (n+1) принятого света, этап 504. Оценивание точной частоты может потребоваться вследствие уходов частоты, происходящих в возбудителе 204 источника света. Они могут быть обусловлены, например, неидеальностью компонентов возбудителя 204 источника света. В общем случае, оценивание принятого светового сигнала или составляющей освещения может осуществляться последовательно. Начиная с n=1 и до n=N-1, ряд параметров, например, частоту, амплитуду и/или фазу каждого источника света в группе n можно оценивать на основании гармоники (n+1) принятого светового сигнала. Для n=N, параметры каждого источника света в группе N можно оценивать на основании гармоники N. Идентификаторы определяются из уникальных частот, этап 506.

Полный оценочный сигнал, назначенный частоте в частотной области n, можно вычитать до оценивания уникальной частоты для частотной области n+1. Этот итерационный процесс показан на Фиг. 8. В частности, каждую уникальную частоту в частотной области n можно оценивать, для каждого идентификатора i в частотной области n, вычитая оцененную гармонику (n+1) с соседними частотами.

Уникальную частоту можно повторно оценивать, устанавливая положение частотного пика в пределах заданного расстояния от (n+1)f, где f это предыдущая оценка уникальной частоты, этап 508.

Согласно вышесказанному, можно использовать последовательный блок оценивания. На каждом этапе блока оценивания, параметры сигнала источников света в группе n оцениваются на одной из гармоник, после чего сигналы всех гармоник источника света вычитаются из полного принятого сигнала. Для выполнения такого вычитания может потребоваться оценка всех параметров сигнала с высокой точностью. В этом разделе, мы объясним, как работает каждый из компонентов блока оценивания параметров.

Рассмотрим частотную область n, 1≤n≤N-1. Сигналы от предыдущих групп от 1 до n-1, таким образом, вычтены. Необходимо рассматривать только частотный спектр, обозначенный F _n(f), в (n+1)-х гармониках источников света в n-й группе. Для этого можно применять фильтрацию сигнала, полученного после вычитания. На начальном этапе оценочная частота, $$\widehat{f}$$ , каждого источника света предполагается равной идеальной частоте $$\overline{f}$$ _i без ухода частоты. Затем определяется преобразование Фурье F( ) принятого сигнала, и рассматривается F( $$\widehat{f}$$ _i).

Дополнительно, можно оценивать амплитуду принятого света, этап 510. Также можно оценивать фазу принятого света, этап 512. Оценочное значение амплитуды равно $$\widehat{a}$$ _i=|F( $$\widehat{f}$$ _i)|/b _i,n+1, где b _i,n это величина n-й гармоники, и фаза (n+1)-и гармоники равна $$\widehat{\varphi }$$ _{i, n+1}=angle(F( $$\widehat{f}$$ _i)). Этот блок оценивания, в основном, является индивидуальным блоком оценивания, который реализует предложенный приемник.

Для повышения производительности предложенного процесса оценивания, можно использовать следующий подход. Этот подход предполагает применение итерационного алгоритма, где следующая итерация может осуществляться N _I раз:

На каждой итерации могут осуществляться следующие этапы от i=1 до L _n. Для каждого i-го источника света, оценочные сигналы (n+1)-й гармоники источников света вычитается с соседними источниками света. В частности, для j с |j-i|<L _neighbor, спектр (n+1)-й гармоники, $$\widehat{F}$$ _j(f), j-х источников света можно реконструировать на основании $$\widehat{a}$$ _i, $$\widehat{f}$$ ,_i и $$\widehat{\varphi }$$ _{i, n+1}. Затем можно получить $$\widehat{F}$$ _i(f)=F _n(f)-Σ_j $$\widehat{F}$$ _j(f).

Определяется положение пика | $$\widehat{F}$$ _i(f)|, и обновляется соответствующая частота $$\widehat{f}$$ _i. Затем можно обновить $$\widehat{a}$$ _i=| $$\widehat{F}$$ _i( $$\widehat{f}$$ _i)|/b _i,n+1, и $$\widehat{\varphi }$$ _{i, n+1}=angle( $$\widehat{F}$$ _i( $$\widehat{f}$$ _i)). Если используется быстрое преобразование Фурье (FFT), | $$\widehat{F}$$ _i(f)| принимает значения только в дискретных частотных бинах. В этом случае, местоположение пика частоты можно определить посредством следующей интерполяционной процедуры.

Два частотных бина f ₁ и f ₂ могут располагаться так, чтобы | $$\widehat{F}$$ _i(f ₁)| и | $$\widehat{F}$$ _i(f ₂)| имели значение, наиболее близкое к значению, скажем, ε max| $$\widehat{F}$$ _i(f)|, где max| $$\widehat{F}$$ _i(f)| оценивается из всех частотных бинов, и где 0<ε<0 является константой. Это можно использовать для выявления краев. Типичное значение ε составляет ε=0,8. Тогда $$\widehat{f}$$ _i=(f ₁+ f ₂)/2.

Поскольку фаза оценивается на более высоких гармониках, может возникать неопределенность фазы для соответствующих более низких гармоник и основной частоты. Неопределенность фазы можно разрешать следующим образом. При доступе к $$\widehat{\varphi }$$ _{i, n+1} для каждого i в n-й группе, $$\widehat{\varphi }$$ _i может все еще не быть определена, поскольку существует n+1 возможных фаз-кандидатов вследствие неопределенности фазы. Оценивание $$\widehat{\varphi }$$ _i можно использовать для реконструкции других гармонических сигналов, чтобы можно было оценивать параметр сигнала последовательных частотных областей. Неопределенность фазы можно разрешать с использованием N-го гармонического диапазона n-ой группы. На основании $$\widehat{\varphi }$$ _{i, n+1}, $$\widehat{\varphi }$$ _{i-1, n+1} и $$\widehat{\varphi }$$ _{i+1, n+1}, можно перечислить всевозможные комбинации фаз-кандидатов для $$\widehat{\varphi }$$ _{i, n}, $$\widehat{\varphi }$$ _{i-1, n}, и $$\widehat{\varphi }$$ _{i+1, n}. Затем, для каждой комбинации, при доступе к $$\widehat{a}$$ _i, $$\widehat{a}$$ _i-1, $$\widehat{a}$$ _i+1, $$\widehat{f}$$ _i, $$\widehat{f}$$ _i-1, и $$\widehat{f}$$ _i+1, можно реконструировать спектр вокруг n $$\widehat{f}$$ _i. Спектр вокруг n $$\widehat{f}$$ _i также можно получить вычитанием спектра, обусловленного предыдущими группами в этом частотном диапазоне. Эти два оценочных спектра можно сравнивать. Из комбинации, которая дает наилучшее совпадение двух спектров, фазу-кандидат в отношении i-го источника света можно определить как обновленную $$\widehat{\varphi }$$ _i.

Амплитуду (ее оценку) $$\widehat{a}$$ _i можно использовать для определения отдельных составляющих освещения источников света, этап 514. Из фазы гармоники (n+1) каждого источника света можно получить (n+1) фаз-кандидатов для компонента основной частоты, и, таким образом, (n+1) фаз-кандидатов для гармоники n. Фазу-кандидат для каждого источника света можно выбирать согласно критерию. Критерий может указывать, что реконструированный сигнал гармоники n должен иметь наилучшее совпадение с принятым сигналом. Наилучшее совпадение можно задать согласно критерию расстояния.

Дополнительно, вышеописанные этапы можно повторять в порядке итерации с первого до последнего источника света в каждой частотной области n (т.е. от источника света, связанного с самой низкой частотой в частотной области n до источника света, связанного с самой высокой частотой в частотной области n). Кроме того, этапы итерации можно повторять несколько раз для улучшения результата оценивания. Количество оценок может задаваться заранее заданным числом, или оценивание может продолжаться до тех пор, пока результаты двух последовательных итераций не будут отличаться менее чем на заранее заданный порог.

Специалисту в данной области очевидно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными предпочтительными вариантами осуществления. Напротив, в объеме нижеследующей формулы изобретения возможны многочисленные модификации и вариации.

Изобретение относится к области светотехники. Предложен кодированный свет для обеспечения улучшенного управления источниками света и передачи информации с использованием источников света. Назначение идентификационных частот источников света позволяет назначать больше уникальных частот, т.е. уникально идентифицировать больше источников света в системе. Доступная полоса частот делится на неравномерные частотные области, и частоты выбираются из набора равномерно разнесенных частот в неравномерных частотных областях. Приемник действует на основе последовательного принципа и способен анализировать более высшие гармоники принятых световых сигналов. Составляющие света последовательно оцениваются группами. Технический результат - повышение эффективности назначения идентификаторов источникам света в системе освещения. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ назначения идентификаторов источникам (102, 200а, 200b) света в системе (100) кодированного освещения, причем способ содержит этапы, на которых
делят (402) доступную полосу частот на N неравномерных частотных областей, и
выбирают (404) для каждого источника света уникальную частоту из набора равномерно разнесенных частот в соответствующей одной из неравномерных частотных областей,
используют (406) уникальную частоту для модуляции света, выводимого каждым источником света, таким образом назначая идентификатор каждому источнику света.

2. Способ по п. 1, в котором промежуток между равномерно разнесенными частотами различается для разных частотных областей.

3. Способ по п. 1, в котором промежуток между равномерно разнесенными частотами больше для области низких частот, чем для области высоких частот.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором ширина неравномерной частотной области больше для области низких частот, чем для области высоких частот.

5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором полоса частот между нормализованными значениями частоты 0 и 1 делится на N частотных областей, и для 1≤n≤N-1 ширина частотной области n задается нормализованным значением частоты 2/((n+1)(n+2)).

6. Способ по любому из пп. 1-3, в котором полоса частот между нормализованными значениями частоты 0 и 1 делится на N частотных областей, и для 1≤n≤N-1 нижняя граница частотной области n задается нормализованным значением частоты (n-1)/(n+1).

7. Способ по любому из пп. 1-3, в котором отношение между L₁ равномерно разнесенных частот в области n и L₂ равномерно разнесенных частот в области n+1 равно L₁/L₂=(2+n)/(1+n).

8. Способ по любому из пп. 1-3, в котором выводимый свет модулируется методом широтно-импульсной модуляции, и коэффициент заполнения широтно-импульсной модуляции зависит от, по меньшей мере, одного из уникальной частоты и уровня ослабления источника света.

9. Способ по п. 8, в котором коэффициент заполнения p_i источника света i в полосе частот n, 1≤n≤N-1, задается согласно условию sin(π(n+1)p_i)≠0.

10. Способ оценивания идентификаторов, назначенных источникам (102, 200а, 200b) света в системе (100) кодированного освещения, причем идентификаторы назначены согласно способу по любому из пп. 1-9, содержащий этапы, на которых:
принимают свет (501),
определяют (502) уникальную частоту для каждого из источников света, причем уникальная частота выбрана из набора равномерно разнесенных частот в одной из N неравномерных частотных областей доступной полосы частот, для частотной области n, 1≤n≤N-1, путем:
оценивания (504) уникальной частоты на основании гармоники (n+1) принятого света, и
определения (506) идентификатора для каждого из источников света из уникальной частоты.

11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором из принятого света оценивают (510, 512), по меньшей мере, одно из амплитуды и фазы принятого света.

12. Способ по п. 11, дополнительно содержащий этап, на котором на основании амплитуды определяют (514) отдельные составляющие освещения источников света так, чтобы реконструированный сигнал гармоники n наилучшим образом совпадал с принятым светом.

13. Способ по любому из пп. 10-12, дополнительно содержащий этап, на котором до оценивания уникальной частоты для частотной области n+1 вычитают из принятого света сигнал, которому назначена частота в частотной области n.

14. Устройство (110, 210) управления светом для назначения идентификаторов источникам (102, 200а, 200b) света в системе (100) кодированного освещения, содержащее:
блок обработки, предназначенный для назначения идентификатора источникам света, благодаря чему для каждого источника света идентификатор определяет уникальную частоту, используемую для модуляции света, выводимого каждым источником света, путем осуществления этапов, на которых:
делят доступную полосу частот на N неравномерных частотных областей, и
выбирают уникальную частоту из набора равномерно разнесенных частот в одной из неравномерных частотных областей.

15. Приемник (104, 300) для оценивания идентификаторов, назначенных источникам (102, 200а, 200b) света в системе (100) кодированного освещения, содержащий:
светоприемник (304),
блок (302) обработки, выполненный с возможностью осуществлять этапы, на которых:
определяют уникальную частоту для каждого из источников света, причем уникальная частота выбрана из набора равномерно разнесенных частот в одной из N неравномерных частотных областей доступной полосы частот, для частотной области n, 1≤n≤N-1, путем:
оценивания уникальной частоты на основании гармоники (n+1) света, принятого светоприемником, и
определения идентификатора для каждого из источников света из уникальной частоты.