폰으로 하는 빛 통신 (화면 깜빡임을 카메라로 읽기)

Phone: send a message with light (a camera reads a blinking screen)

폰 화면을 켰다 껐다 깜빡여서 친구 폰 카메라에 글자를 보낼 수 있을까요?

무슨 일이 일어났나

빛 통신은 빛이 켜지면 1, 꺼지면 0 처럼 약속해 두고 깜빡임의 순서로 글자를 보내는 것입니다. 깜빡임 한 번이 나르는 정보가 1 비트라서, 깜빡임 n 번이면 2ⁿ 가지 순서를 만들고 8 번이면 256 가지입니다.

빛은 진공에서 1 초에 299,792,458 m 를 가므로 방 안 거리에서는 보내는 즉시 닿습니다. 얼마나 많이 보내느냐는 얼마나 빨리 깜빡이고 읽느냐가 정합니다.

이 쪽 프리즘 장면의 카메라 판은 카메라 화면 한 줄의 밝기를 그래프로 그립니다. 친구 폰 화면이 켜지면 그래프가 솟고 꺼지면 내려가, 그 순서를 0 · 1 로 적을 수 있습니다.

프리즘으로 흰빛을 나누면 꼭지각 40° 크라운 유리에서 보라가 25.4°, 빨강이 24.7° 꺾입니다. 색을 나눠 읽을 수 있으면 한 번에 더 많은 비트를 보낼 수도 있습니다.

📸 진짜 모습

프시케 탐사선에 실은 레이저 통신 장치입니다 — 근적외선 레이저로 자료를 보내고, 빛 알갱이를 세는 카메라로 지구의 신호를 받습니다. — 프시케 탐사선에 실은 레이저 통신 장치입니다 — 근적외선 레이저로 자료를 보내고, 빛 알갱이를 세는 카메라로 지구의 신호를 받습니다.
출처: NASA/JPL-Caltech · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

밤바다의 배들이 불빛을 길고 짧게 깜빡여 신호를 주고받는 것도 같은 빛 통신입니다.
TV 리모컨도 눈에 안 보이는 적외선을 깜빡여 0 · 1 신호를 보내는 빛 통신입니다.

🧪 해 보기

폰 두 대를 준비합니다. 보내는 폰은 화면을 하얗게 띄우고, 받는 폰에서는 이 쪽을 엽니다.
받는 폰에서 «시작» 을 눌러 카메라를 켜고, 보내는 폰 화면이 밝기 줄에 걸리게 30 cm 쯤 떨어뜨려 세웁니다.
«켜짐 = 1, 꺼짐 = 0, 한 칸 = 손뼉 한 번 길이» 로 약속하고, 보내는 사람이 손바닥으로 화면을 덮었다 열었다 합니다.
받는 사람은 밝기 그래프가 솟고 내려가는 순서를 0 · 1 로 적고, 미리 만든 표(예: 00001 = ㄱ)로 글자를 풉니다.
칸 길이를 점점 줄여, 몇 번째부터 틀리게 읽히는지 봅니다.

⚠️ 카메라 영상은 저장 · 전송하지 않고 이 화면에서만 씁니다.
⚠️ 밝은 화면을 눈 가까이 대고 들여다보지 않습니다.
⚠️ 어린이는 어른과 함께 합니다.

누가 왜 찾았나

깜빡임 한 번에 담긴 «켜짐이냐 꺼짐이냐» 를 정보의 한 단위로 센 사람이 클로드 섀넌입니다. IEEE 는 섀넌이 1939~1967 년 사이 정보 이론의 틀을 놓으며 «비트» 라는 단위를 들여왔다고 기록합니다.

확인된 값

진공에서 빛의 빠르기(정의값): 299792458 m/s 출처
깜빡임 하나하나가 나르는 정보의 단위 «비트»: bit 출처
크라운 유리의 굴절률(FSU 굴절률 표): 1.52 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 통합과학1 · 과학의 기초 [10통과1-01-04]
한국 2022 · 물리학 실험 · 물리 실험의 기초 [12물실01-04]

출처

이어서 보기

소리와 그림을 숫자로 바꾸기 (디지털 변환)

같은 단원 · 통신과 정보

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