CN111147139A - 一种遥控无人潜水器、水下可见光通信***和水下可见光通信自动对准的方法 - Google Patents

一种遥控无人潜水器、水下可见光通信***和水下可见光通信自动对准的方法 Download PDF

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古志良
许毅钦
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陈志涛
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夏智锋
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Abstract

本发明提供了一种遥控无人潜水器、水下可见光通信***和水下可见光通信自动对准的方法，涉及水下可见光通信技术领域。遥控无人潜水器包括微型主机以及与微型主机电连接的第一摄像头和第一LD照明装置；第一LD照明装置包括蓝光激光光源和荧光转轮，荧光转轮上安装有透明玻璃和白光透光体，蓝光激光光源可选择性地照向透明玻璃和白光透光体，第一摄像头用于在蓝光激光光源照向白光透光体时对水下通信节点进行目标识别，还用于在蓝光激光光源照向透明玻璃时与水下通信节点进行可见光通信。遥控无人潜水器能够利用白激光实现图像识别、对准水下通信节点，再切换成蓝光激光，与水下通信节点实现高速可靠的可见光通信。

Description

一种遥控无人潜水器、水下可见光通信***和水下可见光通 信自动对准的方法
技术领域
本发明涉及水下可见光通信技术领域，具体而言，涉及一种遥控无人潜水器、水下可见光通信***和水下可见光通信自动对准的方法。
背景技术
目前，水下通信节点广泛应用于海洋资源的开发、海底状态的监测中，随着各种新型水下传感器的出现，水下探测的带宽需求日益增长。由于水声信道多径效应强，干扰严重，水下通信节点的数据通过多跳通信传输效率较低。
水下可见光通信(Underwater Visible Light Communication) 可实现高速，大容量的信息传输，适用于水下高速实时通信，通过搭载可见光通信终端的水下航行器与节点通信进行数据传输，可提高***灵活性和节省能耗。
水下可见光通信的发射器与接收器需要点对点传输，水下激光信息需要进行点对点传输，接收端与发射端的精确对接才能建立有效的通信，由于水下激光通信的信道是水体，水质、水流等环境因素对激光通信影响很大，建立可靠的通信链路十分困难。
目前，水下激光通信的光源大多采用蓝绿激光器，进行可见光通信，可实现高速远距离的通信，但是忽略了水下照明的需求。因此，设计一种水下可见光通信自动对准的方法，能够实现高品质的水下照明，这是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种遥控无人潜水器、水下可见光通信***和水下可见光通信自动对准的方法，其能够利用白激光实现图像识别、对准水下通信节点，再切换成蓝光激光，与水下通信节点实现高速可靠的可见光通信。
本发明提供一种技术方案：
一种遥控无人潜水器包括微型主机以及与所述微型主机电连接的第一摄像头和第一LD照明装置；所述第一LD照明装置包括蓝光激光光源和荧光转轮，所述荧光转轮上安装有透明玻璃和白光透光体，所述蓝光激光光源可选择性地照向所述透明玻璃和所述白光透光体，所述第一摄像头用于在所述蓝光激光光源照向所述白光透光体时对水下通信节点进行目标识别，还用于在所述蓝光激光光源照向所述透明玻璃时与水下通信节点进行可见光通信。
在本发明较佳的实施例中，所述白光透光体包括低色温透光体和高色温透光体，所述透明玻璃、所述低色温透光体和所述高色温透光体间隔安装在所述荧光转轮上。
在本发明较佳的实施例中，所述低色温透光体为低色温荧光玻璃、低色温荧光陶瓷或低色温荧光胶体中的任一种，所述高色温透光体为高色温荧光玻璃、高色温荧光陶瓷或高色温荧光胶体中的任一种。
在本发明较佳的实施例中，所述荧光转轮可围绕其中心线自转，所述透明玻璃、所述低色温透光体和所述高色温透光体围绕所述中心线间隔安装，转动所述荧光转轮可使所述蓝光激光光源可选择性地照向所述透明玻璃、所述低色温透光体和所述高色温透光体。
在本发明较佳的实施例中，所述第一LD照明装置包括变焦透镜，所述变焦透镜设置在所述蓝光激光光源的出射方向上，用于调整出射光的发光角度。
本发明提供另一种技术方案：
一种水下可见光通信***包括水下通信节点和所述的遥控无人潜水器；所述水下通信节点包括水下传感器以及与所述水下传感器电连接的第二摄像头和第二LD照明装置；所述第二摄像头用于在所述第二LD照明装置的蓝光模式下与所述第一摄像头进行可见光通信，并将所述水下传感器采集的信息传输至所述第一摄像头。
本发明还提供一种技术方案：
一种水下可见光通信自动对准的方法，基于所述的遥控无人潜水器，包括：
控制所述蓝光激光光源照向所述白光透光体，以便于所述第一摄像头对水下通信节点进行目标识别；
在所述第一摄像头识别到水下通信节点之后，控制所述蓝光激光光源照向所述透明玻璃，以便于所述第一摄像头与水下通信节点进行可见光通信。
在本发明较佳的实施例中，所述第一LD照明装置包括变焦透镜，所述变焦透镜设置在所述蓝光激光光源的出射方向上，所述控制所述蓝光激光光源照向所述白光透光体，以便于所述第一摄像头对水下通信节点进行目标识别的步骤，包括：
控制所述变焦透镜的位置，以调整所述蓝光激光光源的出射光的发光角度，以便于所述第一摄像头对水下通信节点进行目标识别。
在本发明较佳的实施例中，所述在所述第一摄像头识别到水下通信节点之后，控制所述蓝光激光光源照向所述透明玻璃，以便于所述第一摄像头与水下通信节点进行可见光通信的步骤，包括：
在所述第一摄像头识别到水下通信节点之后，控制所述蓝光激光光源照向所述透明玻璃；
调整所述第一摄像头的出射光的方向，直到所述第一摄像头接收到水下通信节点的校验信息；
在所述第一摄像头接收到水下通信节点的校验信息之后，则控制所述第一摄像头与水下通信节点建立可见光链路通信。
在本发明较佳的实施例中，所述在所述第一摄像头接收到水下通信节点的校验信息之后，则控制所述第一摄像头与水下通信节点建立可见光链路通信的步骤，包括：
控制所述第一摄像头停顿预设时长，若仍持续接收到水下通信节点的校验信息，则控制所述第一摄像头与水下通信节点建立可见光链路通信，若未持续接收到水下通信节点的校验信息，则调整所述第一摄像头的出射光的方向，直到所述第一摄像头与水下通信节点建立可见光链路通信。
本发明提供的遥控无人潜水器、水下可见光通信***和水下可见光通信自动对准的方法的有益效果是：
采用所述第一LD照明装置可实现高品质的水下照明，配合第一摄像头的需要，调整第一LD照明装置的输出色温，实现高质量的拍摄；同时，能够利用白激光实现图像识别、对准水下通信节点，再切换成蓝光激光，与水下通信节点实现高速可靠的可见光通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的水下可见光通信***的组成示意图。
图2为图1中第一LD照明装置的组成示意图。
图3为图2中为荧光转轮的结构示意图。
图4为水下可见光通信自动对准的方法的流程图。
图标：1-水下可见光通信***；2-遥控无人潜水器；21-第一电力载波模块；22-微型主机；23-第一摄像头；24-第一LD照明装置；241- 蓝光激光光源；242-荧光转轮；243-透明玻璃；244-低色温透光体； 245-高色温透光体；246-变焦透镜；25-微型芯片；26-九轴加速度传感器；27-压力传感器；28-电机；29-电压检测器；3-陆地主机；4-第二电力载波模块；5-水下通信节点；51-水下传感器；52-第二摄像头； 53-第二LD照明装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
水下可见光通信的发射器与接收器需要点对点传输，水下激光信息需要进行点对点传输，接收端与发射端的精确对接才能建立有效的通信，由于水下激光通信的信道是水体，水质、水流等环境因素对激光通信影响很大，建立可靠的通信链路十分困难。
目前，水下激光通信的光源大多采用蓝绿激光器，进行可见光通信，可实现高速远距离的通信，但是忽略了水下照明的需求。因此，如何能够实现高品质的水下照明，这是目前急需解决的技术问题。
请参阅图1，本实施例提供了一种水下可见光通信***1，水下可见光通信***1包括水下通信节点5、遥控无人潜水器2和陆地主机3。
遥控无人潜水器2包括第一电力载波模块21、微型主机22、第一摄像头23、第一LD照明装置24、微型芯片25、九轴加速度传感器26、压力传感器27、电机28和电压检测器29。第一电力载波模块21、第一摄像头23、第一LD照明装置24和微型芯片25均与微型主机22电连接，第一摄像头23和第一LD照明装置24一体设置、并同步运动。九轴加速度传感器26、压力传感器27、电机28和电压检测器29与微型芯片25电连接。其中，LD照明装置是指受激辐射复合发光装置。
九轴加速度传感器26用于监测遥控无人潜水器2的加速度，并将加速度信息传输给微型芯片25。压力传感器27用于监测遥控无人潜水器2承受的压力，并将压力信息传输给微型芯片25。电机28用于根据微型芯片25的控制指令控制遥控无人潜水器2的轮子滚动。电压检测器29用于监测遥控无人潜水器2的电压，并将电压信息传输给微型芯片25。第一LD照明装置24用于照亮环境，便于第一摄像头23对水下通信节点5进行目标识别，并与水下通信节点5进行可见光通信。
陆地主机3通过第二电力载波模块4与遥控无人潜水器2建立通信连接，其中，第一电力载波模块21与第二电力载波模块4通过双绞线连接。
水下通信节点5包括水下传感器51以及与所述水下传感器51 电连接的第二摄像头52和第二LD照明装置53。第二LD照明装置53用于照亮环境，便于第二摄像头52与第一摄像头23进行可见光通信。
请参阅图2和图3，第一LD照明装置24包括蓝光激光光源241、荧光转轮242和变焦透镜246。荧光转轮242设置在所述蓝光激光光源241的出射方向上，能够使蓝光激光光源241的出射光保持蓝光或转化为白光。所述变焦透镜246设置在所述蓝光激光光源241的出射方向上，用于调整出射光的发光角度。在需要出射光照射的范围较大时，控制出射光的发光角度变大，在需要出射光照射的范围较小时，控制出射光的发光角度变小。
请参阅图3，所述荧光转轮242上安装有透明玻璃243和白光透光体，白光透光体包括低色温透光体244和高色温透光体245。所述荧光转轮242可围绕其中心线自转，所述透明玻璃243、所述低色温透光体244和所述高色温透光体245围绕所述中心线间隔安装，转动所述荧光转轮242可使所述蓝光激光光源241可选择性地照向所述透明玻璃243、所述低色温透光体244和所述高色温透光体245。
所述低色温透光体244为低色温荧光玻璃、低色温荧光陶瓷或低色温荧光胶体中的任一种，所述高色温透光体245为高色温荧光玻璃、高色温荧光陶瓷或高色温荧光胶体中的任一种。
所述蓝光激光光源241照向所述白光透光体时，便于第一摄像头 23对水下通信节点5进行目标识别。所述蓝光激光光源241照向所述透明玻璃243时，便于第一摄像头23与水下通信节点5进行可见光通信。
请参阅图4，本实施例还提供一种水下可见光通信自动对准的方法，基于遥控无人潜水器2和水下通信节点5，方法包括以下步骤：
S1：控制第一LD照明装置24为白光模式。
第一LD照明装置24为白光模式，也就是说，控制所述蓝光激光光源241照向所述白光透光体，以便于所述第一摄像头23对水下通信节点5进行目标识别。所述白光透光体包括低色温透光体244 和高色温透光体245，所述蓝光激光光源241可以根据水质灵活选择照向其中一个透光体。
S2：第一摄像头23对水下通信节点5进行目标识别。
在进行目标识别的过程中，遥控无人潜水器2在电机28的驱动下有规律地旋转，直到识别到水下通信节点5。
S3：控制第一LD照明装置24为蓝光模式。
在所述第一摄像头23识别到水下通信节点5之后，控制所述蓝光激光光源241照向所述透明玻璃243，以便于所述第一摄像头23 与水下通信节点5进行可见光通信。
S4：判断遥控无人潜水器2是否接收到校验信息。
若遥控无人潜水器2接收到校验信息，则进行S411。若遥控无人潜水器2未接收到校验信息，则进行S421。
S421：调整所述第一摄像头23的出射光的方向，并回到S4。S421 中调整所述第一摄像头23的出射光的方向，优选控制第一摄像头23 以2档的速度向右旋转。
S411：控制遥控无人潜水器2停顿预设时长。
其中，预设时长的范围可以是：3s～5s。
S412：判断遥控无人潜水器2是否仍持续接收到校验信息。若是，则进行S413。若否，则进行S414。
S413：控制所述第一摄像头23与水下通信节点5建立可见光链路通信。
S414：调整所述第一摄像头23的出射光的方向。
S414中调整所述第一摄像头23的出射光的方向，优选控制第一摄像头23以1档的速度向左旋转。
S415：判断遥控无人潜水器2是否接收到校验信息。
若遥控无人潜水器2接收到校验信息，则进行S416。若遥控无人潜水器2接收到校验信息，则回到S414。
S416：控制遥控无人潜水器2停顿预设时长。
S417：判断遥控无人潜水器2是否仍持续接收到校验信息。若是，则进行S413。若否，则回到S1。
本实施例提供的提供的遥控无人潜水器2、水下可见光通信*** 1和水下可见光通信自动对准的方法的有益效果是：
采用所述第一LD照明装置24可实现高品质的水下照明，配合第一摄像头23的需要，调整第一LD照明装置24的输出色温，实现高质量的拍摄；同时，能够利用白激光实现图像识别、对准水下通信节点5，再切换成蓝光激光，与水下通信节点5实现高速可靠的可见光通信。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种遥控无人潜水器，其特征在于，所述遥控无人潜水器包括微型主机(22)以及与所述微型主机(22)电连接的第一摄像头(23)和第一LD照明装置(24)；所述第一LD照明装置(24)包括蓝光激光光源(241)和荧光转轮(242)，所述荧光转轮(242)上安装有透明玻璃(243)和白光透光体，所述蓝光激光光源(241)可选择性地照向所述透明玻璃(243)和所述白光透光体，所述第一摄像头(23)用于在所述蓝光激光光源(241)照向所述白光透光体时对水下通信节点(5)进行目标识别，还用于在所述蓝光激光光源(241)照向所述透明玻璃(243)时与水下通信节点(5)进行可见光通信。
2.根据权利要求1所述的遥控无人潜水器，其特征在于，所述白光透光体包括低色温透光体(244)和高色温透光体(245)，所述透明玻璃(243)、所述低色温透光体(244)和所述高色温透光体(245)间隔安装在所述荧光转轮(242)上。
3.根据权利要求2所述的遥控无人潜水器，其特征在于，所述低色温透光体(244)为低色温荧光玻璃、低色温荧光陶瓷或低色温荧光胶体中的任一种，所述高色温透光体(245)为高色温荧光玻璃、高色温荧光陶瓷或高色温荧光胶体中的任一种。
4.根据权利要求2所述的遥控无人潜水器，其特征在于，所述荧光转轮(242)可围绕其中心线自转，所述透明玻璃(243)、所述低色温透光体(244)和所述高色温透光体(245)围绕所述中心线间隔安装，转动所述荧光转轮(242)可使所述蓝光激光光源(241)可选择性地照向所述透明玻璃(243)、所述低色温透光体(244)和所述高色温透光体(245)。
5.根据权利要求1所述的遥控无人潜水器，其特征在于，所述第一LD照明装置(24)包括变焦透镜(246)，所述变焦透镜(246)设置在所述蓝光激光光源(241)的出射方向上，用于调整出射光的发光角度。
6.一种水下可见光通信***，其特征在于，包括水下通信节点(5)和权利要求1所述的遥控无人潜水器；所述水下通信节点(5)包括水下传感器(51)以及与所述水下传感器(51)电连接的第二摄像头(52)和第二LD照明装置(53)；所述第二摄像头(52)用于在所述第二LD照明装置(53)的蓝光模式下与所述第一摄像头(23)进行可见光通信，并将所述水下传感器(51)采集的信息传输至所述第一摄像头(23)。
7.一种水下可见光通信自动对准的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的遥控无人潜水器，包括：
控制所述蓝光激光光源(241)照向所述白光透光体，以便于所述第一摄像头(23)对水下通信节点(5)进行目标识别；
在所述第一摄像头(23)识别到水下通信节点(5)之后，控制所述蓝光激光光源(241)照向所述透明玻璃(243)，以便于所述第一摄像头(23)与水下通信节点(5)进行可见光通信。
8.根据权利要求7所述的水下可见光通信自动对准的方法，其特征在于，所述第一LD照明装置(24)包括变焦透镜(246)，所述变焦透镜(246)设置在所述蓝光激光光源(241)的出射方向上，所述控制所述蓝光激光光源(241)照向所述白光透光体，以便于所述第一摄像头(23)对水下通信节点(5)进行目标识别的步骤，包括：
控制所述变焦透镜(246)的位置，以调整所述蓝光激光光源(241)的出射光的发光角度，以便于所述第一摄像头(23)对水下通信节点(5)进行目标识别。
9.根据权利要求7所述的水下可见光通信自动对准的方法，其特征在于，所述在所述第一摄像头(23)识别到水下通信节点(5)之后，控制所述蓝光激光光源(241)照向所述透明玻璃(243)，以便于所述第一摄像头(23)与水下通信节点(5)进行可见光通信的步骤，包括：
在所述第一摄像头(23)识别到水下通信节点(5)之后，控制所述蓝光激光光源(241)照向所述透明玻璃(243)；
调整所述第一摄像头(23)的出射光的方向，直到所述第一摄像头(23)接收到水下通信节点(5)的校验信息；
在所述第一摄像头(23)接收到水下通信节点(5)的校验信息之后，则控制所述第一摄像头(23)与水下通信节点(5)建立可见光链路通信。
10.根据权利要求9所述的水下可见光通信自动对准的方法，其特征在于，所述在所述第一摄像头(23)接收到水下通信节点(5)的校验信息之后，则控制所述第一摄像头(23)与水下通信节点(5)建立可见光链路通信的步骤，包括：
控制所述第一摄像头(23)停顿预设时长，若仍持续接收到水下通信节点(5)的校验信息，则控制所述第一摄像头(23)与水下通信节点(5)建立可见光链路通信，若未持续接收到水下通信节点(5)的校验信息，则调整所述第一摄像头(23)的出射光的方向，直到所述第一摄像头(23)与水下通信节点(5)建立可见光链路通信。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200512

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