CN102291338B - 船舶灯光信号的自动获取和识别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶灯光通信领域，具体涉及一种船舶灯光信号的自动获取和识别系统。灯语的发送和读取都是靠人工获得和解码，即使具有专业人员，也会由于各种条件限制会导致发生解码错误或者无法解码的情况。本发明就是针对传统的人工灯光通信技术的不足，提出的一种船舶灯光信号的自动获取和解码系统。本系统主要由灯语接收系统、自动发送系统、目标定向跟踪子系统和中心控制系统组成，其中，灯语接收系统的主要功能是通过摄像机以每秒60帧的速度将灯语信号连续画面传送到中心控制模块，自动发送系统在中心控制系统的指令下控制信号光源发送灯光信号，目标定向跟踪子系统包含倾角传感器，能使目标信号源保持在摄像机所涵盖的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及船舶灯光通信领域，具体涉及一种船舶灯光信号的自动获取和识别系统。
技术背景
船舶灯光信号(也称灯语)是船只之间通信的一种通用化语言，在国际上的使用十分广泛。然而灯语的发送和读取都是靠人工获得和解码，如果缺少专业人员，那么将会对航行船只造成十分巨大的影响。而且，即使具有专业人员，也会由于各种条件限制会导致发生解码错误或者无法解码的情况。所以，现在需要一种既可以全天候24小时自动检测海域上的可能灯语，也可以自动解码的一种系统。这种系统的产生，将可以替代人工进行灯语解释，还可以24小时检测可能出现的灯语，并自动判断此信号是否为灯语，还可以自动解码，并通过系统反映和报警，并且可以同现在舰艇上面的信息系统相整合，构成一个完整的信息系统平台。
发明内容
本发明就是针对传统的人工灯光通信技术的不足，提出的一种船舶灯光信号的自动获取和解码系统。本系统用于船舶、灯塔、航标等需要灯光信号的环境，按照7×24小时的全天候观测而设计，可以应对各种天气，在不同能见度和角度中使用。
为了实现上述构思，本发明在理论上提出了灯光信号源特征值的概念。每一个光信号源有它特有的光源特征值。它包括光源的位置、大小、形状、RGB各别强度(或灰度)、移动速度(移动方向和速率)、以及其闪亮频率(这随发光系统或个人的习惯而变化)。所有这些量都可以从光源照片分析中得到。在一次通信过程中，其中有些量大致保持在一定范围内(大小、形状、RGB强度、闪亮频率)。有些量是可以预测的(位置和移动速度)。这给我们准确跟踪光信号源提供了实现的可能性。
进一步，上面所述的灯光信号源特征值可以从光源照片分析中得到，目前可以实现从摄像机数字图像的分析中得到光源信号的特征值。光信号源位置的预测技术中，光信号在下张画面中的位置可以用下面的公式来说明，
P(x，y)＝P0(x0，y0)+V(x，y)＊t+Vself(x，y)＊t
其中：
P0(x0，y0)为光源在当前照片中的位置
V(x，y)为光源特征速度，它在16毫秒内应该不会有很大变化
Vself(x，y)测量船体本身的晃动速度，它可以用倾角传感器的输出信号获得。
t为两张照片的时间间隔。
P(x，y)为预测的光源在下张照片上的位置。
在实现光信号的自动识别后，将可以使用不可见光代替可见光进行通信。
本系统主要由灯语接收系统、自动发送系统、目标定向跟踪子系统和中心控制系统组成，其中，灯语接收系统的主要功能是通过摄像机以每秒60帧的速度将灯语信号连续画面传送到中心控制模块，自动发送系统在中心控制系统的指令下控制信号光源发送灯光信号，目标定向跟踪子系统包含倾角传感器，能使目标信号源保持在摄像机所涵盖的范围内。
与现有技术即传统人工灯语识别和发送技术相比，本发明的有益技术效果是将使舰船灯光通信面貌根本改变，具体来说包括以下几点：
1.大幅度提高识别的准确率；
2.大幅度提高发送和识别的速度；
3.信号使用波段从可见光扩展到不可见光；
4.信号传输距离和抗干扰性将大幅度提高；
5.提高了信号的保密性和安全性。
附图说明
图1为本发明的灯语符号及取样示意图；
图2为本发明的系统框架结构图；
图3为本发明的实物框图；
图4为本发明的光信号识别实物框图；
图5为本发明的光信号识别原理图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施做进一步的说明：
关于灯语符号的取样，下面以一个例子对图1的取样过程进行说明。灯光通信以各种不同的长短闪光表示字母，数目，勤务符号，长短闪光之间的比例为：以短点(dot)作为一个单位，长光(dash)等于三个单位，闪光之间等于一个单位，字母之间等于三个单位，每一词组之间等于五(七)个单位。灯光信号目前通用的编码是莫氏码(Morse Symbols)。例如：
A 点划
B 划点点
C 划点划点
D 划点点
E 点
F 点点划点
G 划划点
H 点点点点
1 点划划划划
2 点点划划划
3 点点点划划
4 点点点点划
5 点点点点点
6 划点点点点
7 划划点点点
8 划划划点点
9 划划划划点
0 划划划划划
以此为例说明获取信号的工作流程和步骤，
a)图1为灯光信号符号(点或划)的取样示意图。由等时间隔的快速照相获得一个区域的照片；
b)比较连续照片的亮点，可以确定灯光信号的具体位置，并由灯亮(暗)间隔的长短确定其为“点”或“划”；
c)由连续的“点”“划”规律，可以分析得到它所代表的字符或数字；
d)由连续的字符和数字，可以得到完整的灯光信号的语意表达。
以下对本系统的功能核心模块进行说明：
在图2中的目标定向跟踪子系统中，安置在其中的倾角传感器件将平台晃动的参数传送给中心控制模块，并接受中心控制模块的指令，改变平台的倾角，使目标信号源保持在摄像机所涵盖的范围内。
图2中的中心控制模块具体完成下面几方面功能：
1.参数设置(例如摄像机的个数，使用可见光还是红外光，背景照度参数等)。
2.接收来自倾角传感器对船舶晃动发出的信号，并控制目标跟踪模块相应的动作，以维持信号光源在摄像机所涵盖的范围内。
3.对光信号进行甄别，并把实际信号译码。
4.将要发送的信号编码，和控制光源发送信号。
5.根据指挥命令收发信号等。
图4中的摄像机摄取连续画面并传送到中心控制模块，速率为每秒60帧。信号光源接受中心控制模块的指令，发送灯光信号。
Claims (1)
1.一种船舶灯光信号的自动获取和识别系统，其特征是由灯语接收系统、自动发送系统、目标定向跟踪子系统和中心控制系统组成；所述的灯语接收系统的功能是通过摄像机以每秒60 帧的速度将灯语信号连续画面传送到中心控制模块，所述的自动发送系统在中心控制系统的指令下控制信号光源发送灯光信号，所述的目标定向跟踪子系统包含倾角传感器，能使目标信号源保持在摄像机所涵盖的范围内；所述船舶灯光信号为可见光或不可见光，在实现光信号的自动识别后，使用不可见光代替可见光进行通信。
2. 根据权利要求1所述的船舶灯光信号自动获取和识别系统，其特征是所述的中心控制系统包括下面几方面功能：
(1).参数设置，所述参数为包括摄像机的个数、使用可见光还是红外光、背景照度的参数；
(2).接收来自倾角传感器对船舶晃动发出的信号，并控制目标定向跟踪子系统相应的动作，以维持信号光源在摄像机所涵盖的范围内；
(3).对光信号进行甄别，并把实际信号译码；
(4).将要发送的信号编码，控制光源发送信号；
(5).根据指挥命令收发信号。
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