CN111525957A - 基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统 - Google Patents

基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111525957A
CN111525957A CN202010394937.7A CN202010394937A CN111525957A CN 111525957 A CN111525957 A CN 111525957A CN 202010394937 A CN202010394937 A CN 202010394937A CN 111525957 A CN111525957 A CN 111525957A
Authority
CN
China
Prior art keywords
visible light
light communication
camera
receiving end
detector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010394937.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111525957B (zh
Inventor
徐敬
林佳明
杜子豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202010394937.7A priority Critical patent/CN111525957B/zh
Publication of CN111525957A publication Critical patent/CN111525957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111525957B publication Critical patent/CN111525957B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/116—Visible light communication
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals

Abstract

本发明公开了基于机器视觉的自由空间可见光通信的自动捕获、追踪和瞄准系统，包括云台，可见光通信发射端，摄像头和可见光通信接收端的探测器，具体包括以下步骤：首先搭建带可见光通信发射端和摄像头的云台设备，在可见光通信接收端的探测器的表面设置标记；然后通过摄像头获取接收端标记的图像信息，对其作初步处理得到相应特征；同时将当前得到的图像特征与期望图像特征的偏差作为主控制器的图像输入量，经过驱动电路对执行机构舵机附加速度、方向等运动控制量，构成闭环控制系统，最终实现云台的偏移控制，继而实现对可见光的自动捕获、追踪与瞄准。本发明所需的所有设备都不需要对原可见光通信系统进行任何进一步的更改，易于部署和安装。

Description

基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统
技术领域
本发明涉及平面位置定位技术领域，特别涉及基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统。
背景技术
可见光通信因其速率快、带宽大及安全好的特点受到人们的广泛关注，成为新型通信方式的研究热点之一。常见的可见光通信发射端常用器件包括发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。LED因其光谱较宽、光束扩散严重等问题不适合中远距离通信，而LD具有良好的准直性和窄光谱，是目前适配远距离可见光通信的最佳方式。但LD对于整个通信链路的对准要求极高，要实现高效、可靠的可见光通信，光路对准必须快速、稳定且可靠。常见的可见光通信接收端常用器件包括光电倍增管和光电二极管，但其器件体积很大且价格昂贵，同时对准困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统，解决现有可见光通信准直技术中存在的对准范围有限、对准速率较慢、设备系统复杂、使用成本高等问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统，包括云台，可见光通信发射端，摄像头和可见光通信接收端的探测器，具体包括以下步骤：
(1)将可见光通信发射端安装在带有摄像头的云台上；
(2)在可见光通信接收端的探测器的表面设置标记；
(3)带有摄像头的云台将带动可见光通信发射端一起运动，寻找对应可见光通信接收端的探测器上的标记；
(4)当标记进入摄像头视野范围内，通过可见光通信发射端的摄像头获取可见光通信接收端的探测器上的标记的图像信息，对其作初步处理后，得到标记的图像特征；
(5)将步骤(4)得到的图像特征，与期望的图像特征的偏差作为主控制器的图像输入量，经过驱动电路对执行机构舵机附加运动控制量，构成闭环控制系统，最终实现对云台的偏移控制，并通知原有的可见光发射端开始通信。
作为优选，上述所述可见光通信接收端的探测器为太阳能电池板。
本发明的有益效果是：
(1)采用太阳能电池板作为接收端探测器，既可以充当光电探测器完成通信工作，也可以回收部分能量进行设备充电，延长系统工作时间；
(2)采用摄像头变焦技术，能够获取更大的视野范围或者小范围内更多的物体细节，有利于提升系统的对准范围和对准精度；
(3)采用机器视觉算法，可以快速获取目标特征，实现系统的快速对准，提高对准效率；
(4)采用云台实现设备移动控制，可以在整个空间内自由移动，方便设备部署；
(5)采用可见光频段脉冲调制信号(如OOK)，不产生电磁感染，有利于保持良好的电磁兼容性，便于电磁器件维护；
(6)自动捕获、追踪和瞄准(ATP)系统所需的所有设备都不需要对原可见光通信系统进行任何进一步的更改，易于部署和安装。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明中标记安装于可见光通信接收端的探测器的表面的安装示意图；
图3为本发明中图像处理流程图；
图4为本发明中光通信收发端框图；
图5为本发明中控制过程示意图。
图中：1-云台；2-摄像头；3-可见光通信发射端；4-标记；5-可见光通信接收端的探测器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，首先将原有的可见光通信发射端3安装在带有摄像头2的云台1上，云台1由光学平台发射端搭载主控制器、姿态反馈元件摄像头、执行机构舵机以及两框机械结构构成，可见光通信发射端3采用激光(LD)作为信号源，将标记4放置于可见光通信接收端的探测器5的表面，可见光通信接收端的探测器5采用太阳能电池板作为探测器。
如图2所示，标记4被放置于太阳能电池板的表面，其中标记4的黑色部分被移除，仅将标记4的白色部分保留覆盖在太阳能电池板的表面，由于太阳能电池板的表面颜色为黑色，与标记4的白色部分组合，形成新的标记，由于太阳能电池板没有被全部遮挡，仍能进行光电转换，不影响可见光通信。
如图3所示，云台1带动摄像头2转动，当标记4出现在探测视野内时，摄像2头获取标记4图像数据，首先对其进行二值转换，然后运用边缘结构分析算法查找图像中的多边形，确定标记4的外边缘和内边缘，再对内边缘白色区域使用道格拉斯-普克算法进行四边形逼近，再确定的四边形中明确中心点阵坐标，最后通过内部算法计算出观察到的中心点阵坐标到匹配中心点阵坐标的变换矩阵，将其运用于云台的控制运动，实现对准。
如图4所示，通信调制解调体制采用脉冲调制OOK或者PPM，可见光通信发射端3的调制电路首先将信号进行调制，再通过LD转化为光信号进行传输，同时可见光通信发射端3的摄像头2进行标记4的搜索，并根据匹配结果进行云台1移动，使得光路对准。最后可见光通信接收端的探测器5探测到光信号并进行相应的解调。
如图5所示，通过摄像头2获取标记4的图像信息，对其作处理得到目标的图像特征，将当前得到的图像特征与期望的图像特征之差作为视觉控制器的图像输入量，经过驱动电路对执行机构舵机附加速度、方向等控制量，构成闭环控制系统，最终实现对云台1的控制，云台1带动摄像头2和可见光通信发射端3转动，当摄像头2寻找到标记4后，云台1停止转动，并通知可见光通信发射端3开始通信。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统，其特征在于：包括云台，可见光通信发射端，摄像头和可见光通信接收端的探测器，具体包括以下步骤：
(1)将可见光通信发射端安装在带有摄像头的云台上；
(2)在可见光通信接收端的探测器的表面设置标记；
(3)带有摄像头的云台将带动可见光通信发射端一起运动，寻找对应可见光通信接收端的探测器上的标记；
(4)当标记进入摄像头视野范围内，通过可见光通信发射端的摄像头获取可见光通信接收端的探测器上的标记的图像信息，对其作初步处理后，得到标记的图像特征；
(5)将步骤(4)得到的图像特征，与期望的图像特征的偏差作为主控制器的图像输入量，经过驱动电路对执行机构舵机附加运动控制量，构成闭环控制系统，最终实现对云台的偏移控制，并通知原有的可见光发射端开始通信。
2.根据权利要求所述的基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准的系统，其特征在于：所述可见光通信接收端的探测器为太阳能电池板。
CN202010394937.7A 2020-05-12 2020-05-12 基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准方法及系统 Active CN111525957B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010394937.7A CN111525957B (zh) 2020-05-12 2020-05-12 基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010394937.7A CN111525957B (zh) 2020-05-12 2020-05-12 基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111525957A true CN111525957A (zh) 2020-08-11
CN111525957B CN111525957B (zh) 2021-12-17

Family

ID=71907080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010394937.7A Active CN111525957B (zh) 2020-05-12 2020-05-12 基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111525957B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113315900A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 维沃移动通信有限公司 摄像模组及电子设备
CN113726431A (zh) * 2021-07-12 2021-11-30 北京邮电大学 一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法
CN113726427A (zh) * 2021-07-12 2021-11-30 北京邮电大学 一种基于光通信的无人机闭环定位装置和方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104410845A (zh) * 2014-11-10 2015-03-11 北京智谷睿拓技术服务有限公司 光通信发送方法和装置、接收方法和装置、光通信系统
CN104868952A (zh) * 2015-06-18 2015-08-26 北京邮电大学 一种可见光通信系统中基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双工收发装置
CN207926592U (zh) * 2018-03-07 2018-09-28 华南理工大学 一种用于动态可见光通信的动态检测系统
CN108631868A (zh) * 2018-03-07 2018-10-09 华南理工大学 一种用于动态可见光通信的动态检测方法及其系统
CN109146927A (zh) * 2018-09-06 2019-01-04 广州市保伦电子有限公司 一种基于机器视觉的图像追踪定位方法及系统
CN110555456A (zh) * 2019-07-18 2019-12-10 华南理工大学 基于机器学习的视觉可见光定位led-id检测与识别方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104410845A (zh) * 2014-11-10 2015-03-11 北京智谷睿拓技术服务有限公司 光通信发送方法和装置、接收方法和装置、光通信系统
CN104868952A (zh) * 2015-06-18 2015-08-26 北京邮电大学 一种可见光通信系统中基于太阳能电池和发光二极管的功能对称的无源全双工收发装置
CN207926592U (zh) * 2018-03-07 2018-09-28 华南理工大学 一种用于动态可见光通信的动态检测系统
CN108631868A (zh) * 2018-03-07 2018-10-09 华南理工大学 一种用于动态可见光通信的动态检测方法及其系统
CN109146927A (zh) * 2018-09-06 2019-01-04 广州市保伦电子有限公司 一种基于机器视觉的图像追踪定位方法及系统
CN110555456A (zh) * 2019-07-18 2019-12-10 华南理工大学 基于机器学习的视觉可见光定位led-id检测与识别方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113315900A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 维沃移动通信有限公司 摄像模组及电子设备
CN113726431A (zh) * 2021-07-12 2021-11-30 北京邮电大学 一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法
CN113726427A (zh) * 2021-07-12 2021-11-30 北京邮电大学 一种基于光通信的无人机闭环定位装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111525957B (zh) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111525957B (zh) 基于机器视觉的可见光通信自动捕获、追踪和瞄准方法及系统
US10516489B1 (en) Underwater wireless communication apparatus and communication method thereof
CN109474330A (zh) 用于无人机的激光通信与跟瞄系统
CN103384172A (zh) 一种激光无线传能通信与跟瞄一体化系统及方法
US8316555B2 (en) Non-contact data transfer from moving systems
CN105009406A (zh) 用于无人飞行器的无线远程能量供应
KR101633675B1 (ko) 무인 비행체의 무선 전력 공급 시스템 및 무선 전력 공급 방법
CN110868253B (zh) 一种用于近距离无线光通信的捕获、对准、跟踪装置
CN111076676A (zh) 一种水下三维扫描仪及控制方法
WO2021096328A2 (ko) 타겟의 초기 위치 감지 기능을 구비한 레이저 추적 장치 및 추적 방법
CN106209225A (zh) 一种无线光信道构建方法及装置
CN114019502A (zh) 一种集成式目标侦察系统
US20230237673A1 (en) Mobile photoelectric detection and identification system for low, slow and small targets
CN210518336U (zh) 一种用于近距离无线光通信的捕获、对准、跟踪装置
CN111600656A (zh) 具有静止置顶端自转动用户端室内无线光通信装置及方法
CN108924389A (zh) 一种激光夜视稳定云台
CN108599398B (zh) 一种激光传输的跟踪瞄准系统
CN109412073B (zh) 一种激光发射装置及用于清理高压线飘挂物的装置
CN112104418A (zh) 一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统
CN1234217C (zh) 光束发散角可变的无光纤激光通信光端机及其控制方法
CN208782371U (zh) 一种激光发射装置及用于清理高压线飘挂物的装置
CN214429335U (zh) 一种无线输电系统及无人机
CN112565683B (zh) 便携式光电搜跟系统及方法
Sawa Research and development for practical use of underwater optical wireless communication
CN217007932U (zh) 一种基于近红外长波光源的监控设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant