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透過LED可視通訊技術創造新智慧型資訊應用
 

【作者: 盧傑瑞】   2018年05月29日 星期二

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LED為人類創造出低耗電的照明選擇之外,更進一步的被賦予了在照明的同時,也能擔負著訊息或資料的傳遞。


以目前來說,商品或展示物的訊息資料,大多都是透過QR Code或NFC標籤等等的貼付,再透過智慧型手機或產品,經過感應和拍攝來獲得相關的訊息,但是,像一些美術品、建築景觀上,就非常難利用QR Code或NFC標籤,因為不僅僅會影響美觀,更有可能會對物品造成程度不一的損傷,事實上,無論QR Code或NFC標籤在應用上,都還是存在一定程度的侷限性。此外,如果同一時間下,相當多人圍聚在QR Code或NFC標籤前的話,在外圍的人也不容易靠近QR Code或NFC標籤。因此,具有長距離傳播能力的LED元件,就開始被考慮如何應用在資訊的傳播上。


在過去,LED被研發用來作為可視光無線通訊時,大多都是利用單色(白光)LED的輝度(明暗差別),而目前最新研發的LED可視光通訊技術,和過去所不同的是,並非只有白光LED,而是更擴大的善用各種不同顏色(波長)的LED,並且在例如,招牌照明、展示櫥櫃等地間接光(反射)情況下,也能夠正確且快速地傳遞大量訊息。


透過LED及搭配智慧型組件提供多元化資訊傳送

日本富士通研究所藉由LED的特性,透過LED的照射以及搭配智慧型組件,開發出了2維編碼的新一代資訊傳送技術-「FlowSign Light」。


如果沒有特別說明的話,一般人均會認為圖片只是一個相當普通的鮮果展示櫥櫃,但當拿著安裝特殊APP的手機拍攝水果時,就會接受到從LED傳送過來的訊息,詳細的介紹著水果料理或其他相關的資訊(圖1)。



圖1 : 將手機朝向水果取景,預先儲存在資料庫中的訊息就源源不絕的透過LED傳送到手機之中。(source:日本富士通研究所)
圖1 : 將手機朝向水果取景,預先儲存在資料庫中的訊息就源源不絕的透過LED傳送到手機之中。(source:日本富士通研究所)

這個新開發的技術,在進行2維編碼讀取時,並不需要特別將手機的鏡頭對焦櫥櫃中的特定點,只需要將手機朝向水果取景,預先儲存在資料庫中的訊息就源源不絕的透過LED傳送到手機之中,同時也不需要使用或額外加裝特殊的設備機器,只需簡單的下載專用APP就能夠讀取從雲端傳送過來的資料(圖2~4)。



圖2 : 乍看之下,這只是相當普通的鮮果展示櫥櫃(source:日本富士通研究所)
圖2 : 乍看之下,這只是相當普通的鮮果展示櫥櫃(source:日本富士通研究所)

圖3 : 這時只要拿著安裝有特定APP的手機,將手機鏡頭對準櫥櫃中的LED。 (source:日本富士通研究所)
圖3 : 這時只要拿著安裝有特定APP的手機,將手機鏡頭對準櫥櫃中的LED。 (source:日本富士通研究所)

圖4 : 手機的螢幕就立刻顯示出蔬果的料理或其他相關的資訊。(source:日本富士通研究所)
圖4 : 手機的螢幕就立刻顯示出蔬果的料理或其他相關的資訊。(source:日本富士通研究所)

在光線中隱藏著人眼無法看見的資訊

事實上,日本富士通研究所是利用LED的瞬間點滅與不同光色的搭配,將資訊的傳送過程隱藏在LED之中,再透過智慧型元件接收後,進行解碼再傳送到雲端。當然,訊息提供方需要預先將相關資料事先上傳到雲端伺服器之中,並且進行資料的ID註冊,當在手機朝向LED取景時,手機便會將從LED所接收到的ID傳回雲端,並且向雲端請求傳送預先已經在雲端註冊ID的預除資料,再透過網路下載到手機之中,並且顯示在螢幕上,提供使用者更豐富的資訊(圖5)。



圖5 : 利用LED的瞬間點滅與不同光色的搭配,將資訊的傳送過程隱藏在LED之中,再透過智慧型元件接收後,進行解碼再傳送到雲端。(source:日本富士通研究所)
圖5 : 利用LED的瞬間點滅與不同光色的搭配,將資訊的傳送過程隱藏在LED之中,再透過智慧型元件接收後,進行解碼再傳送到雲端。(source:日本富士通研究所)

雖然可能認為讀取LED照明的光線是蠻容易的一件事,但是如果要實現透過光線來獲得資料,有幾個技術性的問題需要釐清與克服。在這其中的一個問題是來自於反射光,由於手機或智慧型元件所接收到的光線,並非完全是來自於從LED所直接發射的光線,有一大部分是來自於反射,因此經過反射的光線,在顏色上會有相當程度的變化,例如,LED的光線,照射到紅色蘋果之後,所反射的光線,大多的紅光都能夠被反射,但是例如短波長的藍光和中波長的綠光,有一部分會被吸收,這時,藍光和綠光的強度就會變弱,這時經過反射光線的光質,和原先從LED所發出的光結構就理所當然地出現變化。


更進一步的,如果反射物的對象是像木炭之類的黑色物品,那麼,會被反射出來的光量就會更加弱化,因為大部分都會被吸收而無法反射出來。因此如果要達到正確無誤的讓手機或智慧型元件,正確無誤的判讀出反射光線,那麼這方面的技術問題就非得克服不可。


這時,就必須依賴APP軟體對於所收到光線的誤差判讀與處理的能力了,當然,這必須經過相當長時間的實驗和調整,將各種不同顏色、材質的物品,一個個的進行試驗與APP的誤差、精確度調整,讓所接收到的反射光不會因為材質及顏色的影響而出現誤判(圖6)。



圖6 : APP軟體必須經過相當長時間的實驗和調整,使得接收到的反射光不會因為材質及顏色的影響而出現誤判。(source:日本富士通研究所)
圖6 : APP軟體必須經過相當長時間的實驗和調整,使得接收到的反射光不會因為材質及顏色的影響而出現誤判。(source:日本富士通研究所)

在讀取光線的APP就必須對於相機的各種參數進行細微的控制

日本富士通研究所所開發這個技術的特點是,只需要利用照明LED、可拍攝讀取畫面的相機,就能夠隨時隨地廣泛的應用,這也是最初開發時的立意。


事實上,以LED來說有相當多的類型與技術,甚至會有相當嚴格的一些條件應用在不同的環境或產品上,例如,在居家照明方面,就會追求相當高標準的照度、色溫或演色性,但對於「FlowSign Light」所需要的照明LED,就不需要特別考慮這些,只需要使用具有紅藍綠三色的LED照明燈具,就有可能可以應用這一個技術(圖7)。



圖7 : 利用紅藍綠三色的強弱控制,就能夠達到內藏訊息的能力。(source:日本富士通研究所)
圖7 : 利用紅藍綠三色的強弱控制,就能夠達到內藏訊息的能力。(source:日本富士通研究所)

此外,在APP的部分,為了要達到讓一般性的智慧型手機或產品接收到內建資訊的光線,以及讓使用者能夠相當容易使用的目標。在讀取光線的APP就必須對於相機的各種參數進行細微的控制,包括解析度和色差等等,這樣才能夠讓不同品牌的相機或手機成功的接收有內建資訊的光線,而不至於產生不一致的結果。同時,也因為要達到廣泛應用,並非只有僅僅對最新的手機機種進行調整APP,甚至於舊型的機種也必須一併考慮進去,此外,針對無法使用智慧型手機或產品的對象,還必須開發專用的讀取設備。


富士通將「FlowSign Light」技術應用購物商場之中

根據日本富士通研究所的構想,這個利用LED接收的並不是僅僅只有ID資訊,透過這樣的技術,例如拍攝到電視購物的產品時,當正在思考著「超想買這個產品」或「這個音樂超棒的」等等時,就會從智慧型元件或者手機的畫面中再傳來產品的資訊以及線上購物的畫面。更進一步的,還可以在觀看廣告時,想更進一步產品訊息,就可以透過這個技術,繼續在螢幕上連接到產品的網站,了解到該產品更多的資料或特價宣傳資訊。


因此,「FlowSign Light」不僅僅應用在上述的環境,包括博物館、美術館等等,都可以利用這個技術讓參觀者或的更多的展示物品訊息。而在演場會的活動,也可以經由各個環境中的LED照明設備,讓希望參加的對象能透過手機等智慧型產品,來了解演場會的演唱曲目、購買入場門票….等。


透過「FlowSign Light」的技術,經由光線傳遞各式各樣的資訊,目前已經正式的商用化了。在2017年年中,富士通和BEAMS合作,將「FlowSign Light」技術應用在BEAMS購物商場之中(圖8)。商場中,富士通拍攝了ASCON的產品,並做成一幅幅的相框,當消費者進入BEAMS購物商場後,走到ASCON產品攤位時,就能夠透過手機或智慧型元件拍攝相框,來獲得產品的各項訊息。



圖8 : 消費者進入BEAMS後,能夠透過手機或智慧型元件拍攝ASCON產品相框來獲得產品的訊息。(source:日本富士通)
圖8 : 消費者進入BEAMS後,能夠透過手機或智慧型元件拍攝ASCON產品相框來獲得產品的訊息。(source:日本富士通)

而在博物館、展示館、美術館等等的場所,在未來如果採用這個技術的話,或許在展覽物的展示以及觀賞的方式也將會隨之改變。


如果參觀著手上持有智慧型手機或產品的話,就能夠利用這個技術,在有LED照明之下拍攝展覽物後,透過網路連接到雲端,隨後就可下載預先傳到雲端的展覽物的詳細說明、甚至於影片等等(圖9)。



圖9 : 在有LED照明之下拍攝展覽物後,就可下載預先傳到雲端的展覽物的詳細說明。(上)在博物館應用上,能夠顯示出展示物品的介紹說明(下)也能夠應用在語音導覽上。(source:日本富士通)
圖9 : 在有LED照明之下拍攝展覽物後,就可下載預先傳到雲端的展覽物的詳細說明。(上)在博物館應用上,能夠顯示出展示物品的介紹說明(下)也能夠應用在語音導覽上。(source:日本富士通)

日本Panasonic開發「光ID」技術,靠APP軟體就夠建立溝通的橋樑

隨著戶外及店面期望提供給消費者的廣告資訊內容不斷的增加,對於電子看板的市場來說,也逐漸地期待高效率性的廣告資訊的發布、管理等等的整體解決方案的出現。再加上智慧型手機的普及,而資訊傳遞業者依賴智慧型手機來接觸潛力客戶,以及傳布訊息的需求也隨之擴大。因此,如何善用顯示設備搭配智慧型手機來達到傳播更多元化、更豐富的資訊給潛力客戶,也就成了顯示設備急欲發展的重點之一。


日本Panasonic同樣是善用LED的特殊能力,開發出了稱之為「光ID」的LED通訊技術,Panasonic利用人眼無法察覺的高頻率LED點滅方式,將預計傳送給智慧型手機的資料隱藏其中,只要透過智慧型手機安裝專用的APP軟體,僅靠APP軟體就夠建立起「光ID」發送設備(電子看板用螢幕、LED字幕機、LED看板等)和手機之間溝通的橋樑,讓手機順利接收到來自「光ID」發送設備的訊號(圖10)。



圖10 : 日本Panasonic 同樣是善用LED的特殊能力,開發出稱之為「光ID」的LED通訊技術。(source:Panasonic)
圖10 : 日本Panasonic 同樣是善用LED的特殊能力,開發出稱之為「光ID」的LED通訊技術。(source:Panasonic)

將「光ID」技術應用在液晶電視的背光模組之中

此外,PANASONIC更進一步的將此一技術應用在液晶電視的背光模組之中,開發出同樣可以進行高頻率點滅,並且傳送特殊訊號的「光ID」LED背光模組。


透過這一個技術,可以讓更多各式各樣的電子看板,除了螢幕上顯示的訊息之外,一樣具有連接智慧型手機後,傳達更多資料的能力,這同時也更擴大電子看板應用領域與環境,例如包括了,物流產業、交通領域、以及博物館、展示場所等等。


採用這款技術的顯示螢幕,不僅僅要採用具有「光ID」能力的LED背光模組之外,還需要搭配傳遞資訊的專用機上盒(STB;Set Top Box),來讓顯示螢幕除了撥放出原有的影片的同時,還能透過具有「光ID」能力的LED背光模組傳送特殊訊號,給裝有專用APP軟體的智慧型手機。更可以透過切割LED背光區塊,讓LED背光模組同時傳送多組不同的訊息給智慧型手機等等的「光ID」接收設備。



圖11 : 光ID技術活用案例(1) (source:Panasonic)
圖11 : 光ID技術活用案例(1) (source:Panasonic)

圖12 : 光ID技術活用案例(2) (source:Panasonic)
圖12 : 光ID技術活用案例(2) (source:Panasonic)

圖13 : 光ID技術活用案例(3) (source:Panasonic)
圖13 : 光ID技術活用案例(3) (source:Panasonic)

此外,一些具有歷史或參觀價值的建築,也可以利用戶外的LED照明來內建ID,讓參觀者拍攝建築物時,也能夠同步的接收到建築物的說明,以及歷史背景的資料或影片等等。


透過相當普及的LED照明燈具,就能非常輕易的充分利用「FlowSign Light」技術,而讓應用的範圍更加的廣闊。如果能夠更進一步的研究開發的話,相信透過「LED通訊」這樣的技術,不僅僅在店面的商品、美術品、人物、建築物等等都能直接透過網路進行商業或文化的活動交流,並且更能夠活用雲端的技術,讓「內容」的傳遞更為便利化,相信這樣的未來應該很快就能夠到來。


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