CN107528632A - 基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统 - Google Patents

基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统。该水下双向无线图像数据通信系统包括无线图像通信装置，该无线图像通信装置包括：比较处理装置，其用于将与图像装置所拍摄的图像数据或者从所述图像装置输入的图像数据有关的图像信号转换成电信号；发光单元，其用于从所述比较处理装置接收所述电信号并且将所述电信号转换成光信号以输出光；以及光接收单元，其用于接收外部光信号并且将所述外部光信号转换成要作为图像输出的电信号；该照明扩散装置用于当使用无线图像通信装置来执行水下双向无线通信时，将具有比所述发光单元的照明高的强度的照明提供到所述无线图像通信装置之间的通信区域。

Description

基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统
技术领域
本发明涉及一种基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统，并且更具体地，涉及一种能够在水下浊度高的状态下基于扩散光的发光强度的微小变化来支持照明扩散以因此高效地实现在水下图像数据的无线通信的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统。
背景技术
通常来说，可见光通信是在保持发光二极管(LED)的照明功能的同时使用从该LED发出的可见光的波长以无线方式发送并接收数据的一种通信系统。
可见光通信技术与有线光通信技术和红外无线通信的不同之处在于，在可见光通信技术中使用可见光波长带(380至780nm)的光。此外，可见光通信技术与有线光通信技术的不同之处在于，在可见光通信技术中以无线方式执行通信。
另外，与射频(RF)无线通信不同的是，在可见光通信技术中，频率是可在无需规定或许可的情况下自由使用。也就是说，便利性非常高。此外，物理安全性极佳，并且用户能够用其自己的眼睛来检查通信链接。尤其是，可见光通信技术的特点在于会聚技术，该会聚技术能够除了光的固有功能以外还实现光的通信功能。
可见光通信主要用于通过基于复杂光学系统之间的联接来保持发送单元和接收单元的聚焦(即，通过视野(FOV)或视线(LOS))的高速通信。
然而，在常规的可见光通信中，光的发光强度由于对在LED中流动的电流进行控制而降低，结果导致照明功能恶化。另外，难以利用包括具有低发光强度的传输单元的装置来执行远距离数据通信。针对电荷耦合器件(CCD)，对于获取图像数据至关重要的帧速率低，结果导致难以使用CDD。
为了解决上述问题，已注册的韩国专利No.10-1247901(2013年3月20日)公开了一种使用可见光的数据传输装置，该数据传输装置包括：发光单元，该发光单元包括用于发送具有可见光波长带的光信号的多个光源；存储单元，该存储单元用于存储要发送的二进制数据；以及控制器，该控制器用于针对响应于存储在存储单元中的二进制数据而预设的各个时间间隔来选择脉冲宽度调制(PWM)调光模式或者模拟调光模式，并且基于所选择的调光模式来控制光源，从而能够在使照明功能恶化的同时在使用光源的数据传输期间降低错误的发生率。
然而，在常规的可见光通信技术中，在水下通信期间，特别是在水下浊度高的状态下的水下数据通信期间，所发送的光和所接收的光是散射的。结果，正常数据通信是不可能的。此外，可能产生频繁的错误。
相关技术文献
专利文献
(专利文献1)已注册的韩国专利No.10-1247901(2013年3月20日)
发明内容
因此，已经考虑到上述问题而完成了本发明，并且本发明的目的在于提供一种基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统，该水下双向无线图像数据通信系统能够提供照明扩散以提高在水下浊度高时低的光信号的发光强度，从而实现在水下低的光接收信号的线性度，因此基于优良质量的带宽来执行水下图像数据通信。
根据本发明，上述及其它目的能够通过提供一种水下双向无线图像数据通信系统来实现，该水下双向无线图像数据通信系统包括无线图像通信装置和照明扩散装置，该无线图像通信装置包括：比较处理装置，该比较处理装置用于将与图像装置所拍摄的图像数据或者从所述图像装置输入的图像数据有关的图像信号转换成电信号；发光单元，该发光单元用于从所述比较处理装置接收所述电信号并且将所述电信号转换成光信号以输出光；以及光接收单元，该光接收单元用于接收外部光信号并且将所述外部光信号转换成要作为图像输出的电信号；该照明扩散装置用于当使用无线图像通信装置来执行水下双向无线通信时，将具有比所述发光单元的照明高的强度的照明提供到所述无线图像通信装置之间的通信区域。
所述无线图像通信装置可以与所述图像装置分开设置。在这种情况下，所述无线图像通信装置可以包括集成图像端口，该集成图像端口按照使得图像信号通过所述集成图像端口被输入到所述无线图像通信装置的方式与外部图像装置连接。另选地，所述无线图像通信装置可以与所述图像装置进行集成。在这种情况下，所述无线图像通信装置可以包括拍摄模块，该拍摄模块与所述比较处理装置连接以用于拍摄图像。
所述无线图像通信装置可以包括图像显示装置，该图像显示装置用于接收已经由所述光接收单元接收并转换的所述电信号并且输出由所述光接收单元接收的所述图像。
所述图像显示装置可以与所述无线图像通信装置进行集成，或者可以与所述无线图像通信装置分开设置。
所述发光单元可以包括发光处理器，该发光处理器用于将从所述比较处理装置输出的串联式电信号转换成单波长光信号并且发送该光信号。
另外，所述无线图像通信装置还可以包括信号控制器，该信号控制器用于当所述光接收单元在水下双向无线通信期间接收到光信号时，控制所述发光单元将指示该光信号已经被接收到的光信号输出到另一无线图像通信装置。
当在所述发光单元将光信号发送到所述另一无线图像通信装置之后所述无线图像通信装置没有接收到指示已经从所述另一无线图像通信装置接收到所述光信号的光信号时，所述信号控制器可以控制所述发光单元将用于照明调整的光信号输出到所述照明扩散装置。
所述水下双向无线图像数据通信系统还可以包括浊度测量单元，该浊度测量单元被安装到所述照明扩散装置以用于测量水下浊度，其中，所述照明扩散装置可以包括照明调整单元，该照明调整单元用于基于所述浊度测量单元所测量到的所述水下浊度来调整照明的强度。
附图说明
从下面结合附图进行的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点。
图1是示意性地示出本发明的实施方式的构造的图；
图2是示意性地示出本发明的实施方式的框图；
图3是示意性地示出本发明的另一实施方式的框图；以及
图4是示意性地示出本发明的又一实施方式的框图。
具体实施方式
本发明的特征在于一种基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统，该水下双向无线图像数据通信系统包括无线图像通信装置和照明扩散装置，该无线图像通信装置包括：比较处理装置，该比较处理装置用于将与图像装置所拍摄的图像数据或者从所述图像装置输入的图像数据有关的图像信号转换成电信号；发光单元，该发光单元用于从所述比较处理装置接收所述电信号并且将所述电信号转换成光信号以输出光；以及光接收单元，该光接收单元用于接收外部光信号并且将所述外部光信号转换成要作为图像输出的电信号；该照明扩散装置用于当使用无线图像通信装置来执行水下双向无线通信时，将具有比所述发光单元的照明高的强度的照明提供到所述无线图像通信装置之间的通信区域。
在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统的示例性实施方式。
然而，本发明可以按照各种形式进行修改，因此本发明不限于将详细进行描述的实施方式。提供本发明的实施方式以使得本领域任何普通技术人员能够进行并实践本发明。对附图中所示的元件的形状进行例示以更清楚地描述本发明。
首先参照图1和图2，根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统包括无线图像通信装置10和照明扩散装置20。
无线图像通信装置10通过水下可见光通信来执行无线传输图像数据的功能。
通常来说，可见光通信主要用于通过基于复杂光学系统之间的联接来保持发送单元和接收单元的聚焦(即，通过视野(FOV)或视线(LOS))的高速通信。
如图2中所示，无线图像通信装置10包括用于将图像信号转换成电信号的比较处理装置11、用于将电信号转换成光信号的发光单元13、以及用于将光信号转换成电信号的光接收单元15。
在该图中，无线图像通信装置10被包含到移动通信终端中。然而，本发明不限于此。例如，无线图像通信装置10可以是与移动通信终端分开设置的模块化装置。
比较处理装置11与从图像装置被输入有图像数据的终端连接，以将与已经通过图像装置拍摄的或者已经从图像装置输入的图像数据有关的图像信号转换成电信号。
图像装置可以与无线图像通信装置10分开设置，或者可以被集成到无线图像通信装置10中。
在无线图像通信装置10与图像装置分开设置的情况下，无线图像通信装置10可以被配置为具有集成图像端口19a，该集成图像端口19a按照使得图像信号通过该集成图像端口19a被输入到该无线图像通信装置10的方式与附加的外部图像装置(例如，相机或摄像机)连接。
另外，无线图像通信装置10可以与所述图像装置进行集成。也就是说，无线图像通信装置10可以被配置为具有拍摄模块19b，该拍摄模块19b与比较处理装置11连接以拍摄图像。
发光单元13从比较处理装置11接收电信号并且将该电信号转换成光信号以输出光。
作为发光单元13，可以使用利用诸如发光二极管(LED)这样的发光器件的可见光照明装置。
可以在发光单元13中使用至少一个发光器件。根据情况，可以在发光单元13中使用多个发光器件。
由于发光器件将电转换成光，因此发光器件可以用作照明。在使用发光器件的LED照明装置中，在发送侧的光被接收侧识别。因此，能够执行除了基本照明功能以外的通信功能。
虽然未在附图中示出，但是发光单元13还可以具有与通用LED照明装置的照明驱动单元相同的结构。例如，发光单元13可以包括多个LED光源、控制器、调制单元以及光源驱动单元。
发光单元13包括发光处理器14，该发光处理器14用于将从比较处理装置11输出的串联式电信号转换成使用单光波长模式的单波长光信号并且发送该光信号。为此，发光单元13可以被高效地用来将光发送到远的距离。
光接收单元15被配置为将外部光信号(即，从发光单元13接收的光信号)转换成要作为图像输出的电信号。
作为光接收单元15，可以使用接收光信号的光检测器或电荷耦合器件。
虽然未在附图中示出，但是光接收单元15包括光电转换单元，该光电转换单元包括光检测器或图像传感器、解调单元和数据处理单元。也就是说，光电转换单元从发光单元13接收数据并且将所接收的数据转换成电信号。解调单元对电信号进行解调，以将从发光单元13接收的数据还原。数据处理单元对图像数据进行处理，以适用于要执行的应用。
无线图像通信装置10包括图像显示装置17，该图像显示装置17被配置为接收已经通过光接收单元15接收并转换的电信号，并且输出由光接收单元15接收的图像。
图像显示装置17可以与无线图像通信装置10进行集成，或者可以与无线图像通信装置10分开设置。
例如，图像显示装置17可以被集成到无线图像通信装置10中以输出图像，如在一般通信装置(例如，移动通信终端)中一样。另选地，图像显示装置17可以与无线图像通信装置10分开设置，以输出图像。
照明扩散装置20执行提供水下照明的功能以支持无线图像通信装置10的通信。
照明扩散装置20被配置为具有能够对水下区域进行照明的结构。照明扩散装置20可以被安装在船等中。
使用照明用电对照明扩散装置20进行通电，以用于支持从船等提供的海洋作业。为此，不需要用于水下通信的额外电力，因此能够降低对系统进行配置的总成本。
照明扩散装置20被配置为当使用无线图像通信装置10来执行水下双向无线通信时，对无线图像通信装置10之间的通信区域进行照明。也就是说，当多个不同的无线图像通信装置10执行水下通信时，向无线图像通信装置10之间的通信区域提供具有比发光单元13高的强度的照明。结果，周围环境的发光强度发生微小变化。因此，即使水下浊度高，也能够使用来自照明扩散装置20的扩散光来改变发光强度。
在水下浊度高的情况下，由于光散射现象而无法令人满意地执行可见光通信。在本发明中，可以通过来自照明扩散装置20的照明来提高来自无线图像通信装置10的发光单元13的光的发光强度，因此能够实现光的线性度。另外，光接收单元15可以感测周围环境的发光强度的小的变化，因此能够基于优良质量的带宽来执行水下图像数据通信。
也就是说，在根据本发明的具有上述构造的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统中，对扩散光进行照明以经由周围环境的发光强度的微小变化来感测光信号。因此，能够使系统的整体结构简化并且能够在水下浊度高的状态下提高高质量图像数据的通信效率。
另外，根据本发明，使用在海洋作业的船的照明用电来对扩散光进行照明。因此，不需要用于水下通信的额外电力，由此能够降低系统构造成本。
如图3中所示，根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统的另一实施方式还包括信号控制器30，该信号控制器30用于当在双向通信期间接收到可见光信号时，控制发光单元13将指示该可见光信号已经被接收到的光信号输出到该可见光信号的发送者。
信号控制器30被设置在无线图像通信装置10中，以根据光接收单元15是否已经在水下双向通信期间接收到光信号来对发光单元13进行控制。也就是说，信号控制器30控制发光单元13从另一无线图像通信装置10接收光信号并且将指示该光信号已经被接收到的光信号输出到所述另一无线图像通信装置10。
无线图像通信装置10的信号控制器30被配置为对发光单元13进行控制以将光信号输出到照明扩散装置20。
例如，当在一个无线图像通信装置10的发光单元13将光信号发送到另一无线图像通信装置10之后所述一个无线图像通信装置10没有接收到指示已经从所述另一无线图像通信装置10接收到所述光信号的光信号时，信号控制器30控制所述一个无线图像通信装置10的发光单元13将用于照明调整的光信号输出到照明扩散装置20，使得照明扩散装置20提供具有更高强度的照明。
根据该实施方式，根据光信号是否在无线图像通信装置10之间成功地进行发送和接收来对是否提供扩散光进行控制，由此能够使功率消耗最小化，因此优化能量消耗。
如图4中所示，根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统的又一实施方式还包括浊度测量单元40，该浊度测量单元40被安装到照明扩散装置20以用于测量水下浊度。
浊度测量单元40在结构上与一般浊度计或者一般浊度测量仪器相同，因此将省略其详细描述。
照明扩散装置20包括用于基于由浊度测量单元40测量的浊度来调整照明的强度的照明调整单元50。例如，在浊度测量单元40所测量的浊度等于或大于参考值的情况下，通过照明调整单元50对从照明扩散装置20输出的照明的强度进行控制。
根据该实施方式，测量水下浊度以调整扩散光的强度。因此，能够在最大限度地延长照明装置的寿命的同时基于水下可见光通信进一步提高通信性能。
图3和图4中所示的实施方式中的除了上述元件以外的其它元件与图1和图2中所示的实施方式的元件相同，因此将省略其详细描述。
如从上述描述中显而易见的，在根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统中，对扩散光进行照明以经由周围环境的发光强度的微小变化来感测光信号。因此，能够使系统的整体结构简化并且能够在水下浊度高的状态下提高高质量图像数据的通信效率。
另外，在根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统中，使用在海洋作业的船的照明用电来对扩散光进行照明。因此，不需要用于水下通信的额外电力，由此能够降低系统构造成本。
另外，在根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统中，根据光信号是否在无线图像通信装置之间成功进行发送和接收来对是否提供扩散光进行控制，由此能够使功率消耗最小化，因此优化能量消耗。
另外，在根据本发明的基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统中，对水下浊度进行测量并且考虑到此对扩散光的强度进行调整。因此，能够在最大限度地延长照明装置的寿命的同时基于水下可见光通信进一步提高通信性能。
虽然为了说明性目的已经公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将领会的是可以在不脱离由所附的权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下对本发明进行各种修改、添加和替换。

Claims (9)

1.一种基于照明扩散支持的水下双向无线图像数据通信系统，该水下双向无线图像数据通信系统包括：
无线图像通信装置，该无线图像通信装置包括：比较处理装置，该比较处理装置用于将与图像装置所拍摄的图像数据或者从所述图像装置输入的图像数据有关的图像信号转换成电信号；发光单元，该发光单元用于从所述比较处理装置接收所述电信号并且将所述电信号转换成光信号以输出光；以及光接收单元，该光接收单元用于接收外部光信号并且将所述外部光信号转换成要作为图像输出的电信号；以及
照明扩散装置，该照明扩散装置用于当使用无线图像通信装置来执行水下双向无线通信时，将具有比所述发光单元的照明高的强度的照明提供到所述无线图像通信装置之间的通信区域。
2.根据权利要求1所述的水下双向无线图像数据通信系统，其中，所述无线图像通信装置与所述图像装置分开设置，并且其中，所述无线图像通信装置包括集成图像端口，该集成图像端口按照使得图像信号通过所述集成图像端口被输入到所述无线图像通信装置的方式与外部图像装置连接。
3.根据权利要求1所述的水下双向无线图像数据通信系统，其中，所述无线图像通信装置与所述图像装置进行集成，并且其中，所述无线图像通信装置包括拍摄模块，该拍摄模块与所述比较处理装置连接以用于拍摄图像。
4.根据权利要求1所述的水下双向无线图像数据通信系统，其中，所述无线图像通信装置包括图像显示装置，该图像显示装置用于接收已经由所述光接收单元接收并转换的所述电信号并且输出由所述光接收单元接收的所述图像。
5.根据权利要求4所述的水下双向无线图像数据通信系统，其中，所述图像显示装置与所述无线图像通信装置进行集成，或者与所述无线图像通信装置分开设置。
6.根据权利要求1所述的水下双向无线图像数据通信系统，其中，所述发光单元包括发光处理器，该发光处理器用于将从所述比较处理装置输出的串联式电信号转换成单波长光信号并且发送该光信号。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的水下双向无线图像数据通信系统，其中，所述无线图像通信装置还包括信号控制器，该信号控制器用于当所述光接收单元在水下双向无线通信期间接收到光信号时，控制所述发光单元将指示该光信号已经被接收到的光信号输出到另一无线图像通信装置。
8.根据权利要求7所述的水下双向无线图像数据通信系统，其中，当在所述发光单元将光信号发送到所述另一无线图像通信装置之后所述无线图像通信装置没有接收到指示已经从所述另一无线图像通信装置接收到所述光信号的光信号时，所述信号控制器控制所述发光单元将用于照明调整的光信号输出到所述照明扩散装置。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的水下双向无线图像数据通信系统，该水下双向无线图像数据通信系统还包括：
浊度测量单元，该浊度测量单元被安装到所述照明扩散装置以用于测量水下浊度，其中，
所述照明扩散装置包括照明调整单元，该照明调整单元用于基于所述浊度测量单元所测量到的所述水下浊度来调整照明的强度。
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