ضوء يحمل رسالة: الضوء المضمن، من أجهزة التحكم عن بعد للتلفاز إلى هاتفين

وجّه جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفاز إلى كاميرا هاتفك واضغط على أحد الأزرار. ستشاهد على العديد من الهواتف شيئاً لا تراه عيناك: طرف جهاز التحكم ينبض بضوء باهت. هذا هو مصباح LED الخاص بجهاز التحكم بالأشعة تحت الحمراء وهو يومض بترميز معين — والسبب في نجاح ذلك عبر غرفة معيشة مشمسة، حيث ترسل الشمس أشعة تحت حمراء تفوق بكثير ما يرسله أي مصباح LED، ليس القوة. بل هو التضمين. فالجهاز لا يحاول أن يفوق الشمس سطوعاً، بل يومض بمعدل لا تومض به الشمس، ويستمع المستقبل في التلفاز فقط للتغيرات التي تحدث بهذا المعدل. فالتوهج الثابت، مهما كانت قوته، غير مرئي للكاشف الذي تم ضبطه لالتقاط الوميض.

إن هذه الفكرة الواحدة — أن معدل الوميض المعروف هو بصمة تصمد أمام أي قدر من الضوء الثابت — تمتد من أبسط أجهزة التحكم عن بعد إلى أنظمة أبحاث Li-Fi التي تحول مصابيح السقف إلى نقاط وصول لاسلكية (تعد مقالة Haas et al., "What is LiFi?" المرجع الأساسي في هذا المجال). وهي تمثل مبدأ العمل الكامل لأداة الضوء المعدل في Sentio، والتي لا تستخدم هذا المبدأ لنقل البيانات بل لنقل القياس.

منظومة الهاتفين

تعد هذه الأداة أحد نصفي زوج متكامل. الهاتف الثاني (أو تطبيق الويب على أي شاشة) هو الباعث: إذ يومض شاشته بين الأسود والأبيض، في موجة مربعة واضحة بتردد 2 Hz تماماً، مع تثبيت سطوع الشاشة عند الحد الأقصى لتتأرجح كل دورة بالمقدار نفسه. تراقب كاميرا هاتف القياس المشهد لمدة ست ثوانٍ — أي اثنتا عشرة دورة كاملة — وتطرح سؤالين بالترتيب:

• هل وميض 2 Hz موجود بالفعل؟ يحسب وضع الالتقاط توقيت الوميض الذي يراه ويؤكد مطابقة المعدل للمعدل المتوقع. وبدون تأكيد لا يوجد قياس — فالتأرجح الذي لا يمكن إثبات أنه صادر عن الباعث قد يكون ظلاً عابراً، أو شاشة توقف، أو أي شيء آخر.
• ما حجم التأرجح؟ ليس الحد الأقصى مطروحاً منه الحد الأدنى — إذ يمكن للمعة ضوئية واحدة أن تفسد ذلك — بل هو نطاق مئيني متين لعينات السطوع، يتجاهل الإطارات الشاذة ويقرأ السعة الحقيقية للموجة المربعة. إنها نسخة جيب مما يسميه صانعو الأجهزة الكشف المتزامن: ارفض كل شيء، واحتفظ بالتغير عند المعدل المعروف.

تسجل الأداة أيضاً التأرجح بشكل منفصل في قنوات الكاميرا الحمراء والخضراء والزرقاء، وتقفل التعريض التلقائي وتوازن اللون الأبيض بعد لحظة من الاستقرار — لأن الكاميرا إذا تُركت لحالها تتبع متوسط السطوع، والمتوسط هو بالتحديد جزء الإشارة الذي نتخلص منه عمداً.

فيمَ يُستخدم التأرجح

بمفرده، لا يعني تأرجح التقاط واحد الشيء الكثير — فهو يعتمد على المسافة، والزاوية، وشاشة الإرسال، وكاميرا الاستقبال. ولكن عند إجراء التقاطين بالمنظومة نفسها وقسمة أحدهما على الآخر، سيلغى كل ذلك. هذه النسبة هي محرك أنشطة زجاج النوافذ: اجعل الوميض يتجه مباشرة نحو الكاميرا، ثم اجعله يمر عبر لوح الزجاج، وستكون نسبة التأرجح عبر الزجاج إلى التأرجح المباشر هي شفافية لوح الزجاج — لكل قناة لونية، وهو ما يفسر ظهور امتصاص الطلاء منخفض الانبعاثية الشديد للون الأزرق كنوع من الانتقائية المقاسة بدلاً من لون باهت غامض. قم بتدوير الباعث رربع دورة بين الالتقاطين وستختبر المنظومة نفسها الاستقطاب.

والسبب في موثوقية هذه النسبة هو بالضبط فيزياء أجهزة التحكم عن بعد المذكورة في الفقرة الأولى: فضواء الغرفة، والمصابيح، والانعكاسات، وضوء النهار تفشل كلها في اختبار 2 Hz وتستبعد من كلا الالتقاطين. يمكنك إجراء القياس في متجر مضاء، مع إمساك الأغشية على النافذة، ولن يؤثر ضوء المتجر على النتيجة مطلقاً.

أدوات شقيقة، وحدود فاصلة

الشبيه الخامل لهذه الأداة هو أداة الوميض، والتي تحسب توقيت الضوء الذي يعدّله العالم المحيط — وميض LED، ورموز وميض أجهزة التوجيه، والآلات الدوارة. وهناك أهمية صحية حقيقية في هذا الاتجاه: إذ تعد ممارسات وميض إضاءة LED موضوعاً لممارسات موصى بها من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات IEEE 1789-2015، وتحديداً لأن التعديل منخفض التردد الذي لا تراه العين بوعي لا يعني دائماً أنه لا يؤثر على الرأس. وتختلف أداة الضوء المعدل في كلمة واحدة: الوميض خاص بنا. فالمثير المعروف يحول مؤقت الوميض إلى مقياس ضوئي للنفاذية.

وحدود فاصلة، توخياً للأمانة: الكود الفعلي لجهاز التحكم عن بعد خارج عن متناول هذه الأداة. إذ تُعدل أجهزة التحكم بالأشعة تحت الحمراء بترددات تصل إلى عشرات الكيلوهرتز مع توقيت بتات بمقياس الميلي ثانية — وهو ما يتجاوز بكثير قدرة كاميرا تأخذ عينات من السطوع بضع عشرات من المرات في الثانية. يمكن للكاميرا أن ترى أن مؤشر LED لجهاز التحكم يضيء (وهو اختبار مفيد حقاً للتحقق من نفاد البطارية، بفضل فلترة الأشعة تحت الحمراء غير المثالية في مستشعرات الكاميرا)، ولكن فك تشفير هذا النمط يعود لمستقبلات الأشعة تحت الحمراء المخصصة. تعيش أداة الهاتف عند الطرف البطيء والمتين من طيف التعديل عن قصد: فتردد 2 Hz بطيء جداً كتردد اتصالات، ولكنه كحامل قياس سريع بما يكفي لتجنب الانحراف المحيط وبطيء بما يكفي لتأخذ أي كاميرا عينات منه بدقة.

لمعرفة كيف تتحول نسبة التأرجح إلى حكم كامل على جودة الزجاج، اقرأ منشور الشفافية والاستقطاب؛ وللاطلاع على مخطط يوضح أين تتنافس بصريات الهاتف فعليًا مع البصريات المختبرية، راجع التقييم المنصف.