CN104301675A - 基于水声通信的灰度图像传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于水声通信的灰度图像传输方法。本发明首先进行图像采集，把压缩转换后的图像存储到水下发送方的串口通信缓存模块，准备发送。其次建立发送方与接收方的连接。然后确定发送方的数据发送形式和接收方的数据接收形式。最后进行超时检测。本发明使得水声图像传输极大的提高了探测范围，不受线缆约束，为水下多点成像测控提供可能。同时可以搭载在AUV等无缆设备。
Description
技术领域
本发明属于深海长距离传输领域，涉及以长距离可靠水声图像传输为主要功能的传输方法，为深海资源勘探、海底地质地貌研究及海底生物探明提供了一种便捷直观的方法。
背景技术
当今陆地资源的日益匮乏，人们越来越认识到占地球75%面积的海洋必将成为人类赖以生存的物质基础，将对人类发展和社会进步起到举足轻重的作用。海洋成为21世纪各国的必争之地已无可非议。同时，海洋具有极其重要的军事地位。南海乱局、钓鱼岛之争归根结底就是海洋之争！由于海洋环境的苛刻性，至今人类对于大洋深处的了解依然非常有限。我国的深海资源调查起步较晚，在调查手段的多个技术领域缺乏有效的方法与经验。为了获得水下宝贵的视觉信息，需要将海底成像设备获取的图像传送到水面母船。水声通信在海洋探测和开发过程中具有里程碑式的意义，它使水下无线通信技术成为可能。本发明主要设计了一种通过水下成像设备获取图像信息进行水声通信从而传输图像。现在由海底成像设备向水面传输图像，大多数情况下是通过光纤进行的，但是光纤的实用极大的限制了成像设备的探测范围无法使用在深海领域，并且无法搭载在AUV等水下无缆设备。
水声通信优点使得图像数据以无线的方式传输到水面，而影响水声信道传输的因素主要有两个：图像的压缩率和信道的调制方式。本发明通过对图像的压缩和对传输数据进行编码使得图像高效可靠地进行传输。
发明内容
本发明提出了一种新的海底图像传输方法，提出了一种用于海洋的可靠的水声图像传输技术，本发明基于水声通信的灰度图像的传输方法主要包括以下步骤：
(1)打开图像采集模块，采集图像信息。
(2)通过图像压缩转换模块把接收到的RGB图像转换为灰度图像。
(3)通过双峰法的到灰度图像二值化阈值为图像二值化做准备。
(4)对灰度图像进行二值化，从而达到压缩图像的目的。
(5)通过边缘检测算法，得到二值图像的边缘像素点，并赋一值（黑色）其余像素点赋零值（白色），从而得到可以显示出水下环境及其生物轮廓的二值图像。
(6)利用相邻同色像素点，进一步对像素矩阵进行压缩编码，编码规则为一位像素点颜色数据，八位相同像素点数数据，以此类推，从而大大压缩图像的数据为其通过水声传输提供了可能。
(7)把压缩转换后的图像存储到水下发送方的串口通信缓存模块，准备发送。
(8)打开通信缓存模块串口，使能串口接收，对串口数据流进行分析，从连续的数据流中分离各个数据帧，并将各个数据帧保存。
(9)从串口通信缓存模块读取待发送的图像信息，根据图像的实际大小把图像数据分成若干数据帧。
(10) 数据帧发送：
(10.1)向数据发送缓冲区填充好每帧需要发送的信息，包括帧头、发送序列号、接收序列号、数据部分和帧尾。并启动重发定时器。
(10.2)等待对方应答，应答帧数据中包含下一个希望接收的发送序列号。如果重发定时器到还未收到对方应答数据，重新发送上面步骤准备好的数据帧。
(10.3)重发后还没收到对方应答，则重复上一步骤；否者继续执行下面的步骤。
(10.4)关闭重发定时器。如果要发送的图像还未发送完毕，则跳到步骤(10.1)继续发送下一个数据帧。
(11) 数据接收：
(11.1)当接收到数据帧时，比较接收到的一帧数据的帧头和帧尾是否符合应接收的帧信息。如果不符合格式要求则说明这个数据帧出现了错误，直接丢弃该数据帧；如果帧头和帧尾符合格式要求则进入下一步。
(11.2)判断是否是最后一帧数据，如果不是则跳到步骤(11.1)；否则进行图像合成。
本发明与传统的光纤图像传输方式相比具有以下优点：
（1）水声图像传输使得探测范围不受线缆约束。
（2）为水下多点成像测控提供可能。
（3）可以搭载在AUV等无缆设备。
附图说明
图1是通信双方的连接状态图。
图2是基于串口通信的长距离可靠传输方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1、图2和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
第一步：（图像采集处理开始）打开水下摄像头，采集图像。
第二步：通过图像压缩转换模块把接收到的RGB图像转换为灰度图像。
第三步：通过双峰法的到灰度图像二值化阈值为图像二值化做准备。对图像进行二值化，从而达到压缩图像的目的。
第四步：通过边缘检测算法，得到二值图像的边缘像素点，并赋一值（黑色）其余像素点,并赋零值（白色），从而得到可以显示出水下环境及其生物轮廓的二值图像。
第五步：利用相邻同色像素点，进一步对像素矩阵进行压缩编码，编码规则为一位像素点颜色数据，八位相同像素点数数据，以此类推，从而大大压缩图像的数据为其通过水声传输提供了可能。
第六步：将压缩后的图像存储于缓存模块的存储区域等待发送。（图像采集处理结束）
第七步：打开使能串口。
第八步：（开始发送图像）向数据发送缓冲区填充好待发送帧，开启重发定时器。通过串口发送一帧数据给水下声呐，水下声呐接收到一帧数据通过声波发送给水面声呐。水面声呐接收到一帧数据把数据存储到缓存模块中，等待接收下一帧数据。
第九步：等待对方应答，应答帧数据中包含下一个希望接收的发送序列号。如果重发定时器到还未收到对方应答数据，重新发送上面步骤准备好的当前帧。如果收到对方应答数据，则关闭重发定时器。
第十步：如果要发送的图像还未发送完毕，则跳到第八步继续发送下一个数据帧。
第十一步：（接收流程开始）当接收到数据帧时，比较接收到数据的帧头和帧尾是否符合应接收的帧信息。如果不符合格式要求则说明这个数据帧出现了错误，直接丢弃该数据帧；如果帧头和帧尾符合格式要求则进入下一步。
第十二步：判断是否是最后一帧数据，如果不是则跳到第十一步；否则进行图像合成和存储。
Claims (1)
1. 基于水声通信的灰度图像传输方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)打开图像采集模块，采集图像信息；
(2)通过图像压缩转换模块把接收到的RGB图像转换为灰度图像；
(3)通过双峰法得到灰度图像二值化阈值为图像二值化做准备；
(4)对灰度图像进行二值化，从而达到压缩图像的目的；
(5)通过边缘检测算法，得到二值图像的边缘像素点，并赋一值其余像素点赋零值，从而得到可以显示出水下环境及其生物轮廓的二值图像；
(6)利用相邻同色像素点，进一步对像素矩阵进行压缩编码，编码规则为一位像素点颜色数据，八位相同像素点数数据，以此类推，从而大大压缩图像的数据为其通过水声传输提供了可能；
(7)把压缩转换后的图像存储到水下发送方的串口通信缓存模块，准备发送；
(8)打开通信缓存模块串口，使能串口接收，对串口数据流进行分析，从连续的数据流中分离各个数据帧，并将各个数据帧保存；
(9)从串口通信缓存模块读取待发送的图像信息，根据图像的实际大小把图像数据分成若干数据帧；
(10)数据帧发送：
(10.1)向数据发送缓冲区填充好每帧需要发送的信息，包括帧头、发送序列号、接收序列号、数据部分和帧尾；并启动重发定时器；
(10.2)等待对方应答，应答帧数据中包含下一个希望接收的发送序列号；如果重发定时器到还未收到对方应答数据，重新发送上面步骤准备好的数据帧；
(10.3)重发后还没收到对方应答，则重复上一步骤；否者继续执行下面的步骤；
(10.4)关闭重发定时器；如果要发送的图像还未发送完毕，则跳到步骤(10.1)继续发送下一个数据帧；
(11)数据接收：
(11.1)当接收到数据帧时，比较接收到数据的帧头和帧尾是否符合应接收的帧信息；如果不符合格式要求则说明这个数据帧出现了错误，直接丢弃该数据帧；如果帧头和帧尾符合格式要求则进入下一步；
(11.2)判断是否是最后一帧数据，如果不是则跳到步骤(11.1)；否则进行图像合成和存储。
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