Event Interval Modulation: A Novel Scheme for Event-based Optical Camera Communication

📄 arXiv: 2510.14245v1 📥 PDF

作者: Miu Sumino, Mayu Ishii, Shun Kaizu, Daisuke Hisano, Yu Nakayama

分类: cs.CV

发布日期: 2025-10-16

💡 一句话要点

提出事件间隔调制(EIM)方案，提升事件相机光通信的传输速率。

🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)

关键词: 事件相机 光通信 事件间隔调制 异步通信 可见光通信

📋 核心要点

  1. 传统帧相机OCC系统存在比特率低、处理负担重的局限性，难以满足高速通信需求。
  2. 论文提出事件间隔调制(EIM)方案，通过调制事件间的时间间隔来编码信息，充分利用事件相机的异步特性。
  3. 实验结果表明，EIM方案在10米距离实现了28 kbps的传输速率，为事件相机OCC系统设立了新的速率基准。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种用于事件相机光通信(OCC)的新型调制方案，称为事件间隔调制(EIM)。传统的基于帧相机的OCC系统存在比特率低和处理负载高等局限性。利用事件相机(EVS)作为接收器的OCC系统可以实现高速、低延迟和鲁棒的通信。虽然现有的基于事件的OCC系统已经应用了诸如开关键控(OOK)和脉冲位置调制等传统调制方案，但据我们所知，还没有一种调制方法能够充分利用EVS的独特特性。EIM通过调制事件之间的时间间隔来编码信息，从而提高传输速度。本文提出了EIM的理论模型，并进行了概念验证实验。首先，调整和定制EVS的参数，以优化EIM的频率响应。然后，通过实验确定EIM中可用的最大调制阶数。基于获得的参数进行传输实验。最后，报告了在室内环境中，10米距离上28 kbps和50米距离上8.4 kbps的成功传输。这为基于事件的OCC系统设定了新的比特率基准。

🔬 方法详解

问题定义：现有基于帧相机的光通信系统存在比特率低、延迟高的缺点。虽然基于事件相机的光通信系统有所发展，但现有调制方法（如OOK、PPM）未能充分利用事件相机的异步、高动态范围等特性，限制了通信速率的提升。因此，需要一种专门为事件相机设计的调制方案，以充分发挥其潜力。

核心思路：论文的核心思路是利用事件相机输出事件流的时间间隔来调制信息。事件相机异步地感知场景变化，产生一系列事件，每个事件都带有时间戳。通过改变相邻事件之间的时间间隔，可以编码不同的信息符号。这种方法充分利用了事件相机的时间分辨率，从而提高传输速率。

技术框架：该方案主要包含以下几个阶段：1) 事件相机参数调整：根据EIM的需求，优化事件相机的参数，例如阈值等，以获得最佳的频率响应。2) 最大调制阶数确定：通过实验确定在特定条件下，EIM可以使用的最大调制阶数，即可以区分多少个不同的时间间隔。3) 数据传输实验：基于前两个阶段获得的参数，进行实际的数据传输实验，评估EIM的性能。4) 性能评估：分析实验结果，包括传输速率、误码率等指标，评估EIM的有效性。

关键创新：最关键的创新在于提出了事件间隔调制(EIM)这一概念，并将其应用于事件相机光通信。与传统的调制方法不同，EIM直接利用事件流的时间信息进行调制，避免了对事件进行帧化处理，从而降低了延迟，提高了传输速率。这是首次专门针对事件相机特性设计的调制方案。

关键设计：关键设计包括：1) 事件相机参数的优化，例如阈值的设置，需要根据具体的应用场景和事件相机的特性进行调整。2) 最大调制阶数的选择，需要在传输速率和误码率之间进行权衡。调制阶数越高，传输速率越高，但同时也更容易受到噪声的影响，导致误码率升高。3) 需要设计合适的解码算法，从接收到的事件流中准确地提取出时间间隔信息，并将其转换为原始数据。

📊 实验亮点

实验结果表明，该EIM方案在室内环境中实现了显著的性能提升。在10米距离上，传输速率达到了28 kbps，在50米距离上，传输速率达到了8.4 kbps。这些结果为基于事件相机的光通信系统设定了新的比特率基准，证明了EIM方案的有效性。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于室内高速光通信、机器人视觉、自动驾驶等领域。在室内光通信中，EIM可以提供更高的数据传输速率，满足日益增长的带宽需求。在机器人视觉和自动驾驶中，EIM可以实现低延迟、高可靠性的通信，提高系统的响应速度和安全性。未来，该技术有望进一步发展，应用于更广泛的场景。

📄 摘要（原文）

Optical camera communication (OCC) represents a promising visible light communication technology. Nonetheless, typical OCC systems utilizing frame-based cameras are encumbered by limitations, including low bit rate and high processing load. To address these issues, OCC system utilizing an event-based vision sensor (EVS) as receivers have been proposed. The EVS enables high-speed, low-latency, and robust communication due to its asynchronous operation and high dynamic range. In existing event-based OCC systems, conventional modulation schemes such as on-off keying (OOK) and pulse position modulation have been applied, however, to the best of our knowledge, no modulation method has been proposed that fully exploits the unique characteristics of the EVS. This paper proposes a novel modulation scheme, called the event interval modulation (EIM) scheme, specifically designed for event-based OCC. EIM enables improvement in transmission speed by modulating information using the intervals between events. This paper proposes a theoretical model of EIM and conducts a proof-of-concept experiment. First, the parameters of the EVS are tuned and customized to optimize the frequency response specifically for EIM. Then, the maximum modulation order usable in EIM is determined experimentally. We conduct transmission experiments based on the obtained parameters. Finally, we report successful transmission at 28 kbps over 10 meters and 8.4 kbps over 50 meters in an indoor environment. This sets a new benchmark for bit rate in event-based OCC systems.