Cahaya yang membawa pesan: cahaya termodulasi, dari remote TV hingga dua ponsel

Arahkan remote TV Anda ke kamera ponsel dan tekan salah satu tombol. Di banyak ponsel, Anda akan melihat sesuatu yang tidak bisa dilihat oleh mata Anda: ujung remote berdenyut dengan cahaya pucat. Itu adalah LED inframerah remote yang mengedipkan kode — dan alasan mengapa hal ini bisa bekerja di ruang tamu yang terang benderang oleh sinar matahari, di mana matahari memancarkan jauh lebih banyak inframerah daripada LED mana pun, bukanlah masalah daya. Melainkan modulasi. Remote tersebut tidak mencoba mengalahkan terang matahari; ia berkedip pada laju yang tidak dilakukan oleh matahari, dan penerima di TV hanya mendeteksi perubahan pada laju tersebut. Silau yang konstan, sekuat apa pun, tidak akan terlihat oleh detektor yang disetel untuk mendeteksi kedipan.

Gagasan tunggal ini — laju kedipan yang diketahui adalah tanda khas yang bertahan dari paparan cahaya konstan sebesar apa pun — digunakan mulai dari remote paling sederhana hingga sistem riset Li-Fi yang mengubah lampu langit-langit menjadi titik akses nirkabel (Haas et al., "What is LiFi?" adalah rujukan utamanya). Dan ini merupakan prinsip kerja utama dari alat cahaya termodulasi milik Sentio, yang menggunakannya bukan untuk membawa data, melainkan untuk membawa sebuah pengukuran.

Rangkaian dua ponsel

Alat ini merupakan setengah bagian dari sepasang perangkat. Ponsel kedua (atau aplikasi web di layar apa pun) adalah pemancar: layarnya berkedip bergantian antara hitam dan putih, gelombang kotak murni tepat pada frekuensi 2 Hz, dengan kecerahan layar diatur ke maksimum agar setiap siklus berayun sama besar. Kamera ponsel pengukur memantau selama enam detik — selusin siklus penuh — dan mengajukan dua pertanyaan secara berurutan:

• Apakah kedipan 2 Hz benar-benar ada? Proses penangkapan mengukur waktu kerlipan yang dilihatnya dan mengonfirmasi bahwa lajunya cocok dengan yang diharapkan. Tanpa konfirmasi, tidak ada pengukuran — ayunan yang tidak terbukti berasal dari pemancar bisa saja berupa bayangan lewat, pelindung layar, atau apa pun.
• Seberapa besar ayunannya? Bukan maksimum dikurangi minimum — kilatan cahaya sekilas saja bisa merusaknya — melainkan sebaran persentil yang kokoh dari sampel kecerahan, yang mengabaikan bingkai pencilan dan membaca amplitudo sebenarnya dari gelombang kotak tersebut. Ini adalah versi saku dari apa yang disebut oleh pembuat instrumen sebagai deteksi lock-in: tolak semuanya, pertahankan perubahan pada laju yang diketahui.

Alat ini juga merekam ayunan tersebut secara terpisah pada saluran merah, hijau, dan biru kamera, serta mengunci pencahayaan otomatis dan keseimbangan putih setelah sesaat stabil — karena kamera yang dibiarkan bekerja sendiri akan mengejar kecerahan rata-rata, padahal rata-rata tersebut justru bagian sinyal yang sengaja dibuang.

Kegunaan ayunan tersebut

Secara mandiri, ayunan dari satu tangkapan tidak banyak berarti — nilainya bergantung pada jarak, sudut, layar pemancar, dan kamera penerima. Namun, lakukan dua tangkapan dengan rangkaian yang sama lalu bagi hasilnya, maka semua faktor tersebut akan saling menghilangkan. Rasio itu adalah motor penggerak dari aktivitas kaca: berkedip langsung ke arah kamera, lalu berkedip menembus kaca panel, dan hasil bagi ayunan-tembus dengan ayunan-langsung adalah transparansi kaca panel tersebut — per saluran warna, yang menunjukkan bagaimana penyerapan kuat warna biru pada lapisan low-e tampil sebagai selektivitas terukur alih-alih warna samar. Putar pemancar seperempat putaran di antara beberapa tangkapan dan rangkaian yang sama akan menguji polarisasi.

Alasan rasio ini layak dipercaya tepat seperti fisika remote kontrol pada paragraf pertama: cahaya ruangan, lampu, pantulan, dan cahaya siang hari semuanya gagal dalam pengujian 2 Hz dan tereliminasi dari kedua tangkapan. Anda dapat menjalankan pengukuran di toko yang terang benderang sambil menempelkan film ke jendela, dan cahaya toko tersebut tidak ikut menentukan.

Alat kerabat, dan batasannya

Sepupu pasif dari alat ini adalah Blinking, yang mengukur waktu cahaya yang dimodulasi oleh dunia luar — kedipan LED, kode kedip router, mesin yang berputar. Ada relevansi kesehatan yang nyata di arah tersebut: praktik kerlipan pencahayaan LED adalah subjek dari rekomendasi praktik IEEE, IEEE 1789-2015, justru karena modulasi frekuensi rendah yang tidak dapat dilihat secara sadar oleh mata belum tentu merupakan modulasi yang tidak dapat dirasakan oleh kepala. Alat cahaya termodulasi berbeda dalam satu kata: kedipan itu milik kita. Stimulus yang diketahui mengubah pengukur waktu kerlipan menjadi fotometer transmisi.

Dan sebuah batasan, demi kejujuran: kode aktual remote Anda berada di luar jangkauan alat ini. Remote IR memodulasi pada frekuensi puluhan kilohertz dengan waktu bit berskala milidetik — jauh melampaui kemampuan kamera yang mengambil sampel kecerahan beberapa puluh kali per detik. Kamera dapat melihat bahwa LED remote menyala (pemeriksaan baterai habis yang sangat berguna, berkat penyaringan inframerah sensor kamera yang tidak sempurna), tetapi pendekodean polanya adalah tugas penerima IR khusus. Alat ponsel ini sengaja hidup di ujung spektrum modulasi yang lambat namun kokoh: frekuensi 2 Hz sangatlah lambat untuk komunikasi, tetapi sebagai pembawa pengukuran, ia cukup cepat untuk menghindari hanyutan sekitar dan cukup lambat untuk diambil sampelnya secara akurat oleh kamera apa pun.

Untuk bagaimana rasio ayun menjadi penilaian pelapisan kaca yang lengkap, baca postingan tentang transparansi dan polarisasi; untuk peta yang menunjukkan di mana optik ponsel benar-benar bersaing dengan optik lab, baca penjelasan jujurnya.