除了照明，LED還有怎樣的功能？

可見光通信( VLC），是利用熒光燈或發(fā)光二極管（LED）等發(fā)出的肉眼難分辨的高速明暗變化光信號傳輸信息。目前，LED可見光通信技術(shù)最新進展如何?

除了照明，LED擔(dān)負了數(shù)據(jù)傳遞

LED為人類創(chuàng)造出低耗電的照明選擇之外，更進一步地被賦予了在照明的同時，也能擔(dān)負著訊息或數(shù)據(jù)的傳遞。

以目前來說，商品或展示物的訊息數(shù)據(jù)，大多都是透過QR Code或NFC標(biāo)簽等等的貼付，再透過智能型手機或產(chǎn)品，經(jīng)過感應(yīng)和拍攝來獲得相關(guān)的訊息，但是，像一些美術(shù)品、建筑景觀上，就非常難利用QR Code或NFC標(biāo)簽，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(biāo)簽在應(yīng)用上，都還是存在一定程度的局限性。此外，如果同一時間下，相當(dāng)多人圍聚在QR Code或NFC標(biāo)簽前的話，在外圍的人也不容易靠近QR Code或NFC標(biāo)簽。因此，具有長距離傳播能力的LED組件，就開始被考慮如何應(yīng)用在信息的傳播上。

在過去，LED被研發(fā)用來作為可視光無線通信時，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(fā)的LED可視光通訊技術(shù)，和過去所不同的是，并非只有白光LED，而是更擴大的善用各種不同顏色(波長)的LED，并且在例如，招牌照明、展示櫥柜等地間接光(反射)情況下，也能夠正確且快速地傳遞大量訊息。

基于LED的新一代信息傳送技術(shù)

日本富士通研究所藉由LED的特性，透過LED的照射以及搭配智能型組件，開發(fā)出了2維編碼的新一代信息傳送技術(shù)-「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(dāng)普通的鮮果展示櫥柜，但當(dāng)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(guān)的信息(圖1)。

圖1 : 將手機朝向水果取景，預(yù)先儲存在數(shù)據(jù)庫中的訊息就源源不絕的透過LED傳送到手機之中

這個新開發(fā)的技術(shù)，在進行2維編碼讀取時，并不需要特別將手機的鏡頭對焦櫥柜中的特定點，只需要將手機朝向水果取景，預(yù)先儲存在數(shù)據(jù)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(shè)備機器，只需簡單的下載專用APP就能夠讀取從云端傳送過來的數(shù)據(jù)(圖2~4)。

圖2 : 乍看之下，這只是相當(dāng)普通的鮮果展示櫥柜

圖3 : 這時只要拿著安裝有特定APP的手機，將手機鏡頭對準櫥柜中的LED

圖4 : 手機的屏幕就立刻顯示出蔬果的料理或其他相關(guān)的信息

信息的傳送過程隱藏在LED之中

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，將信息的傳送過程隱藏在LED之中，再透過智能型組件接收后，進行譯碼再傳送到云端。當(dāng)然，訊息提供方需要預(yù)先將相關(guān)數(shù)據(jù)事先上傳到云端服務(wù)器之中，并且進行數(shù)據(jù)的ID注冊，當(dāng)在手機朝向LED取景時，手機便會將從LED所接收到的ID傳回云端，并且向云端請求傳送預(yù)先已經(jīng)在云端注冊ID的預(yù)除數(shù)據(jù)，再透過網(wǎng)絡(luò)下載到手機之中，并且顯示在屏幕上，提供用戶更豐富的信息(圖5)。

圖5 : 利用LED的瞬間點滅與不同光色的搭配，將信息的傳送過程隱藏在LED之中，再透過智能型組件接收后，進行譯碼再傳送到云端。

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(xiàn)透過光線來獲得數(shù)據(jù)，有幾個技術(shù)性的問題需要厘清與克服。在這其中的一個問題是來自于反射光，由于手機或智能型組件所接收到的光線，并非完全是來自于從LED所直接發(fā)射的光線，有一大部分是來自于反射，因此經(jīng)過反射的光線，在顏色上會有相當(dāng)程度的變化，例如，LED的光線，照射到紅色蘋果之后，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?nèi)?，這時經(jīng)過反射光線的光質(zhì)，和原先從LED所發(fā)出的光結(jié)構(gòu)就理所當(dāng)然地出現(xiàn)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，那么，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能型組件，正確無誤的判讀出反射光線，那么這方面的技術(shù)問題就非得克服不可。

這時，就必須依賴APP軟件對于所收到光線的誤差判讀與處理的能力了，當(dāng)然，這必須經(jīng)過相當(dāng)長時間的實驗和調(diào)整，將各種不同顏色、材質(zhì)的物品，一個個的進行試驗與APP的誤差、精確度調(diào)整，讓所接收到的反射光不會因為材質(zhì)及顏色的影響而出現(xiàn)誤判(圖6)。

圖6 : APP軟件必須經(jīng)過相當(dāng)長時間的實驗和調(diào)整，使得接收到的反射光不會因為材質(zhì)及顏色的影響而出現(xiàn)誤判

讀取光線的APP

日本富士通研究所所開發(fā)這個技術(shù)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(yīng)用，這也是最初開發(fā)時的立意。

事實上，以LED來說有相當(dāng)多的類型與技術(shù)，甚至?xí)邢喈?dāng)嚴格的一些條件應(yīng)用在不同的環(huán)境或產(chǎn)品上，例如，在居家照明方面，就會追求相當(dāng)高標(biāo)準的照度、色溫或演色性，但對于「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(yīng)用這一個技術(shù)(圖7)。

圖7 : 利用紅藍綠三色的強弱控制，就能夠達到內(nèi)藏訊息的能力

此外，在APP的部分，為了要達到讓一般性的智能型手機或產(chǎn)品接收到內(nèi)建信息的光線，以及讓使用者能夠相當(dāng)容易使用的目標(biāo)。在讀取光線的APP就必須對于相機的各種參數(shù)進行細微的控制，包括分辨率和色差等等，這樣才能夠讓不同品牌的相機或手機成功的接收有內(nèi)建信息的光線，而不至于產(chǎn)生不一致的結(jié)果。同時，也因為要達到廣泛應(yīng)用，并非只有僅僅對最新的手機機種進行調(diào)整APP，甚至于舊型的機種也必須一并考慮進去，此外，針對無法使用智能型手機或產(chǎn)品的對象，還必須開發(fā)專用的讀取設(shè)備。

FlowSign Light技術(shù)

根據(jù)日本富士通研究所的構(gòu)想，這個利用LED接收的并不是僅僅只有ID信息，透過這樣的技術(shù)，例如拍攝到電視購物的產(chǎn)品時，當(dāng)正在思考著「超想買這個產(chǎn)品」或「這個音樂超棒的」等等時，就會從智能型組件或者手機的畫面中再傳來產(chǎn)品的信息以及在線購物的畫面。更進一步的，還可以在觀看廣告時，想更進一步產(chǎn)品訊息，就可以透過這個技術(shù)，繼續(xù)在屏幕上連接到產(chǎn)品的網(wǎng)站，了解到該產(chǎn)品更多的數(shù)據(jù)或特價宣傳信息。

因此，「FlowSign Light」不僅僅應(yīng)用在上述的環(huán)境，包括博物館、美術(shù)館等等，都可以利用這個技術(shù)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(jīng)由各個環(huán)境中的LED照明設(shè)備，讓希望參加的對象能透過手機等智能型產(chǎn)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(shù)，經(jīng)由光線傳遞各式各樣的信息，目前已經(jīng)正式的商用化了。在2017年年中，富士通和BEAMS合作，將「FlowSign Light」技術(shù)應(yīng)用在BEAMS購物商場之中(圖8)。商場中，富士通拍攝了ASCON的產(chǎn)品，并做成一幅幅的相框，當(dāng)消費者進入BEAMS購物商場后，走到ASCON產(chǎn)品攤位時，就能夠透過手機或智能型組件拍攝相框，來獲得產(chǎn)品的各項訊息。

圖8 : 消費者進入BEAMS后，能夠透過手機或智能型組件拍攝ASCON產(chǎn)品相框來獲得產(chǎn)品的訊息

而在博物館、展示館、美術(shù)館等等的場所，在未來如果采用這個技術(shù)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能型手機或產(chǎn)品的話，就能夠利用這個技術(shù)，在有LED照明之下拍攝展覽物后，透過網(wǎng)絡(luò)連接到云端，隨后就可下載預(yù)先傳到云端的展覽物的詳細說明、甚至于影片等等(圖9)。

圖9 : 在有LED照明之下拍攝展覽物后，就可下載預(yù)先傳到云端的展覽物的詳細說明。(上)在博物館應(yīng)用上，能夠顯示出展示物品的介紹說明(下)也能夠應(yīng)用在語音導(dǎo)覽上

光ID技術(shù)

隨著戶外及店面期望提供給消費者的廣告信息內(nèi)容不斷的增加，對于電子廣告牌的市場來說，也逐漸地期待高效率性的廣告信息的發(fā)布、管理等等的整體解決方案的出現(xiàn)。再加上智能型手機的普及，而信息傳遞業(yè)者依賴智能型手機來接觸潛力客戶，以及傳布訊息的需求也隨之?dāng)U大。因此，如何善用顯示設(shè)備搭配智能型手機來達到傳播更多元化、更豐富的信息給潛力客戶，也就成了顯示設(shè)備急欲發(fā)展的重點之一。

日本Panasonic同樣是善用LED的特殊能力，開發(fā)出了稱之為「光ID」的LED通訊技術(shù)，Panasonic利用人眼無法察覺的高頻率LED點滅方式，將預(yù)計傳送給智能型手機的數(shù)據(jù)隱藏其中，只要透過智能型手機安裝專用的APP軟件，僅靠APP軟件就夠建立起「光ID」發(fā)送設(shè)備(電子廣告牌用屏幕、LED字幕機、LED廣告牌等)和手機之間溝通的橋梁，讓手機順利接收到來自「光ID」發(fā)送設(shè)備的訊號(圖10)。

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

“光ID”LED背光模塊

此外，PANASONIC更進一步的將此一技術(shù)應(yīng)用在液晶電視的背光模塊之中，開發(fā)出同樣可以進行高頻率點滅，并且傳送特殊訊號的「光ID」LED背光模塊。

透過這一個技術(shù)，可以讓更多各式各樣的電子廣告牌，除了屏幕上顯示的訊息之外，一樣具有連接智能型手機后，傳達更多數(shù)據(jù)的能力，這同時也更擴大電子廣告牌應(yīng)用領(lǐng)域與環(huán)境，例如包括了，物流產(chǎn)業(yè)、交通領(lǐng)域、以及博物館、展示場所等等。

采用這款技術(shù)的顯示屏幕，不僅僅要采用具有「光ID」能力的LED背光模塊之外，還需要搭配傳遞信息的專用機頂盒(STB；Set Top Box)，來讓顯示屏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背光模塊傳送特殊訊號，給裝有專用APP軟件的智能型手機。更可以透過切割LED背光區(qū)塊，讓LED背光模塊同時傳送多組不同的訊息給智能型手機等等的「光ID」接收設(shè)備。

圖11 : 光ID技術(shù)活用案例(1)

圖12 : 光ID技術(shù)活用案例(2)

圖13 : 光ID技術(shù)活用案例(3)

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

透過相當(dāng)普及的LED照明燈具，就能非常輕易的充分利用「FlowSign Light」技術(shù)，而讓應(yīng)用的范圍更加的廣闊。如果能夠更進一步的研究開發(fā)的話，相信透過「LED通訊」這樣的技術(shù)，不僅僅在店面的商品、美術(shù)品、人物、建筑物等等都能直接透過網(wǎng)絡(luò)進行商業(yè)或文化的活動交流，并且更能夠活用云端的技術(shù)，讓「內(nèi)容」的傳遞更為便利化，相信這樣的未來應(yīng)該很快就能夠到來。

未來戰(zhàn)場上，LED大有可為

未來戰(zhàn)場上，要滿足與日俱增的軍事領(lǐng)域無線通信需求可不容易：傳輸容量大、組網(wǎng)靈活、電磁兼容性好、保密要求高……使得傳統(tǒng)的無線電波通信面臨嚴峻挑戰(zhàn)。而可見光通信所具有的特殊優(yōu)勢，使其不僅可與無線電波通信綜合運用、相得益彰，更有望在通信以外領(lǐng)域大展身手。

01、“上天”“入地”“下?！钡耐ㄐ拍苁?/p>

在飛機、地下坑道、水面艦艇、潛艇等特殊場所內(nèi)部通信中，為防止射頻信號干擾，往往對無線電設(shè)備使用提出嚴格限制。1982年英阿馬島戰(zhàn)爭中，英“謝菲爾德”號就是因為艦載無線通信系統(tǒng)與艦載預(yù)警雷達之間難以兼容共用，從而使艦載雷達不能及時開機并發(fā)現(xiàn)來襲的“飛魚”導(dǎo)彈，直接導(dǎo)致了艦毀人亡的災(zāi)難性后果。而有了可見光通信之后，只需在上述特殊場所加裝中央控制器和一系列LED光源，就能在達成通信的同時有效規(guī)避電磁干擾，從而為作戰(zhàn)平臺內(nèi)部實現(xiàn)快速通信、對潛通信、水下特種作戰(zhàn)通信等提供高效安全的通信手段。

02、高精度導(dǎo)航定位的“專家”

可見光通信中央控制器是通過將導(dǎo)航信息傳送給LED信息節(jié)點，再以可見光為載體傳到光照范圍之內(nèi)的武器平臺終端，該終端使用內(nèi)嵌的光敏探測器就可以獲取最及時的動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境、最優(yōu)路線和坐標(biāo)位置等導(dǎo)航定位信息。有關(guān)研究表明，綜合采取戰(zhàn)場LED信息節(jié)點網(wǎng)絡(luò)科學(xué)布局、算法設(shè)計和信號處理優(yōu)化等措施，就能使可見光導(dǎo)航定位精度達到厘米級。

03、目標(biāo)識別與戰(zhàn)場防誤傷的利器

通過為己方各類武器平臺加裝LED燈光識別設(shè)備，平臺與平臺、平臺與LED信息節(jié)點之間就能依托特定的信號編碼開展實時通信與身份識別，武器平臺通過對接收的LED燈光信號閃爍規(guī)律進行識讀，就能有效判定此信號的敵我屬性，從而及時作出有效應(yīng)對措施，最大程度確保自身安全。