CN112104418A - 一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统 - Google Patents

一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112104418A
CN112104418A CN202010733318.6A CN202010733318A CN112104418A CN 112104418 A CN112104418 A CN 112104418A CN 202010733318 A CN202010733318 A CN 202010733318A CN 112104418 A CN112104418 A CN 112104418A
Authority
CN
China
Prior art keywords
target
optical communication
terminal
wireless optical
communication based
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.)
Pending
Application number
CN202010733318.6A
Other languages
English (en)
Inventor
陈彪
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 CN202010733318.6A priority Critical patent/CN112104418A/zh
Publication of CN112104418A publication Critical patent/CN112104418A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H04B10/112—Line-of-sight transmission over an extended range
    • 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
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本申请公开一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，包括：在第一终端上设置形体靶标；利用第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；在摄取的图像中识别形体靶标；根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。同时，本申请还公开一种基于形态识别的无线光通信的ATP系统。本发明基于目标成像而不是接收到的信标信号的指示来进行自动捕获、跟踪和指向操作；能够克服现有方法的不足，适合移动条件下的应用，在静态应用时也有其特色。

Description

一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法和系统
技术领域
本发明涉及无线光通信领域，特别是涉及一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法和系统。
背景技术
光无线通信(OWC)指利用光载波在非光导介质中进行数据传输。它是一种视线(LOS)通信技术，通信双方在静止或移动条件下，通过光载波传输数据。OWC包括了自由空间光通信(FSO)和可见光通信(VLC)，前者主要使用激光传输数据，后者通常使用发光二极管(LED)。OWC有潜力在相隔几纳米到几千公里的距离的两个通信终端之间以非常高的数据速率传输数据，保密性好，抗电磁干扰，不占无线电频谱资源，在民用与国防领域有广阔应用前景，例如应用在高速列车、无人机(UAV)、建筑物到建筑物、卫星、芯片到芯片网络、室内和室外局域网和广域网、车辆间和车辆到基础设施通信、智能车间、水下通信和深空通信中。
OWC系统中的捕获、跟踪和指向(Acquisition，tracking,pointing；ATP)机制可以通过连续测量接收到的信标信号和调整校正部件(如万向云台、反射镜或自适应光学器件)来避免或减少指向误差。ATP机制主要采用信标来确定远程光通信终端的方位，如公开号为CN 107770801 A和CN 110626389A的专利申请文件中描述的监控系统。
在现有技术中，信标的接收采用四象限光电探测器(QPD)比较常见，通过比较从其四象限采集的输出信号来跟踪对端发送的信标激光信号。当激光束对准时，光斑应位于QPD的中心，这时所有象限的输出电压几乎相等。类似的光电传感器，如位置传感二极管(PSD)，也可以检测激光束，并根据激光入射到光电二极管表面积的哪个部分来计算其位置。甚至相机也可用作为光斑位置传感器，用于粗略跟踪和初始对准。激光束通常用作长距离和中距离通信(如地对空)的信标，而带聚焦透镜的LED可用作短距离通信(如地对车)的信标。传统的OWC系统不是为适应用户移动性而设计的，因为可靠的光通信需要严格的对准条件。
现有技术的ATP不适合移动应用。随着技术的进步，OWC系统有望应用于更广泛的领域和市场，特别是在移动系统中，例如，空空和地空通信、地对车通信、车辆对一切(V2X)通信，需要新的ATP设计。
发明内容
为了解决无线光通信在移动条件下的ATP的难题，本发明提出一种基于形态识别的ATP方法和系统，这种方法能够克服现有方法和系统的不足，适合移动条件下的应用，在静态应用时也有其特色。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，包括：
在第一终端上设置形体靶标；
利用第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；
在摄取的图像中识别形体靶标；
根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
本申请中，形体靶标是一种具备特定形态的物体或者它们的组合，便于通信对端对它的成像。
优选的，所述的形体靶标采用球形物体。
优选的，所述形体靶标的性状随时间改变，性状包括结构、亮度和\或颜色。设置具有视觉扑捉效果的特性，并有规律改变性状使得计算机视觉处理更加准确、快速。
并列优选的，以通信设备承载物体作为形体靶标。
优选的，所述的成像设备与发出承载数据的光束发送设备联动。即光束方向改变时，成像设备对准方向也随之改变。
优选的，所述的形体靶标上具有一对准点。
为适用于移动条件下的应用，本申请还提供一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，包括：
在移动的第一终端上设置形体靶标；
利用第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；
在摄取的图像中识别形体靶标；
根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
并列的，为适用于移动条件下的应用，本申请还提供一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，包括：
在第一终端上设置形体靶标；
利用移动的第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；
在摄取的图像中识别形体靶标；
根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
基于上述的方法，本申请同时提供一种基于形态识别的无线光通信的ATP系统，包括：
形体靶标，设置于第一终端；
成像设备，安装于第二终端，用于对形体靶标摄像；
处理单元，用于在摄取的图像中识别形体靶标；
ATP执行单元，根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
优选的，所述的形体靶标为通信设备承载物体或球形物体，或者所述形体靶标的性状随时间改变，性状包括结构、亮度和\或颜色。
相较于现有技术，本申请根据基于目标成像而不是接收到的信标信号的指示来进行自动捕获、跟踪和指向操作。该方法能够克服现有方法的不足，适合移动条件下的应用，在静态应用时也有其特色；采用形体靶标，它可以从任何方向上来进行识别，有利于移动条件下的捕获、跟踪和对准，而传统方法采用激光束或准直光束，只能从特定方位上才能捕获，因而在移动条件下，捕获和跟踪都不容易。
附图说明
图1为无线光通信端机框图；其中虚线框内是ATP系统框图；ATP系统由靶标、摄像机、万向结或云台、计算机组成，加上光学天线和收发器构成一个无线光通信端机。
图2为ATP系统部件结构图；由靶标1、摄像机和计算机2、云台三个部件组成，无线光通信端机的光学天线和收发器也可以和摄像机、计算机一起集成在一个部件里。
图3为两车辆顶上各承载一个无线光通信端机进行相互通信示意图；
图4表示在摄取的图像(长为H,高为V)中识别形体靶标；以矩形框出，设形体靶标对准点为矩形框上中心点P，控制云台工作，让这个对准点靠近图像中心点Q。
图5为无线光通信端机分为主端机和从端机时的一个通信场景示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，无线光通信端机的结构包括ATP系统，ATP系统由靶标、摄像机、万向结或云台、计算机组成，并设置有光学天线和收发器构成。
图2为ATP系统部件结构图，由靶标1、摄像机和计算机2、云台三个部件组成。即相当于本实施例中的第一终端和第二终端。
本实施例中，基于形态识别的无线光通信的ATP方法，包括：
在第一终端上设置形体靶标；
利用第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；
在摄取的图像中识别形体靶标；
根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
如图3所示，以车辆-1和车辆-2分别作用第一终端和第二终端。
本申请中，形体靶标随时间变化而改变性状，性状包括形体的结构、亮度、颜色等特征。有规律改变性状使得计算机视觉处理更加准确、快速。
实施例1
一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，可应用到端到端可视范围内通信，包括以下步骤：
(1)设置球体作为靶标；
(2)对靶标摄像；
(3)在摄取的图像中识别靶标；
(4)控制承载数据的光束方向，使它指向对端特定位置。
实施例2
一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，可应用到端到端可视范围内通信，包括以下步骤：
(1)设置通信设备承载物体(如车辆、无人机、建筑物、杆、墙体等)作为靶标；
(2)对靶标摄像；
(3)在摄取的图像中识别靶标；
(4)控制承载数据的光束方向，使它指向对端特定位置。
实施例3
一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，可应用到端到端可视范围内通信，包括以下步骤：
(1)设置形体靶标；
(2)对形体靶标摄像，成像设备与光学天线联动，即通信光束方向改变时，成像设备对准方向也随之改变；
(3)在摄取的图像识别形体靶标，确定形体靶标上的一个点(称为对准点)；如图4所示，以矩形框为例，设形体靶标对准点为矩形框4-2上中心点P，控制云台工作，让这个对准点靠近图像4-1中心点Q；
(4)光学天线的光束方向，使得对准点落在图像中的特定区域内。
实施例4
一种基于形态识别的无线光通信的ATP系统，包括四个组成单元：(1)形体靶标，由特定物体构成(如球体或通信设备承载物体等)；(2)摄像单元，用于连续地、实时地获取需对准的目标图像信息；(3)处理单元，这是计算机视觉的智能部分，完成对图像处理和执行跟踪算法；即用于在摄取的图像中识别形体靶标；(4)ATP执行单元，根据跟踪算法的结果，执行对准动作；控制承载数据的光束方向，使它指向对端特定位置。
实施例5
如图5所示，无线光通信端机分为主端机5-1和从端机5-2(分别对应上述的第一终端和第二终端)两种，主端机的光学天线应指向从终端的光学天线5-3，以便通过光束有效地传输数据。摄像机可与光学天线安装在一起，并安装在同一支架上，以保持其视角方向与光学天线的方向一致。主终端可以通过指向车辆并进行计算来获得车辆的方位角和仰角值，用(a，e)表示，然后通过低速通信信道(例如，无线电信道或在接收机侧具有全向光天线的单向光信道)发送信息。从端机使用(a，e)的信息通过计算来控制其万向节并指向主终端。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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)

1.一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，包括：
在第一终端上设置形体靶标；
利用第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；
在摄取的图像中识别形体靶标；
根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
2.根据权利要求1所述的基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，所述的形体靶标采用球形物体。
3.根据权利要求1所述的基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，所述形体靶标的性状随时间改变，性状包括结构、亮度和\或颜色。
4.根据权利要求1所述的基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，以通信设备承载物体作为形体靶标。
5.根据权利要求1所述的基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，所述的成像设备与发出承载数据的光束发送设备联动。
6.根据权利要求1所述的基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，所述的形体靶标上具有一对准点。
7.一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，
在移动的第一终端上设置形体靶标；
利用第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；
在摄取的图像中识别形体靶标；
根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
8.一种基于形态识别的无线光通信的ATP方法，其特征在于，包括：
在第一终端上设置形体靶标；
利用移动的第二终端上的成像设备对形体靶标摄像；
在摄取的图像中识别形体靶标；
根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
9.一种基于形态识别的无线光通信的ATP系统，其特征在于，包括：
形体靶标，设置于第一终端；
成像设备，安装于第二终端，用于对形体靶标摄像；
处理单元，用于在摄取的图像中识别形体靶标；
ATP执行单元，根据所述形体靶标的位置，控制承载数据的光束方向。
10.根据权利要求9所述的基于形态识别的无线光通信的ATP系统，其特征在于，所述的形体靶标为通信设备承载物体或球形物体，或者所述形体靶标的性状随时间改变，性状包括结构、亮度和\或颜色。
CN202010733318.6A 2020-07-27 2020-07-27 一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统 Pending CN112104418A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010733318.6A CN112104418A (zh) 2020-07-27 2020-07-27 一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010733318.6A CN112104418A (zh) 2020-07-27 2020-07-27 一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112104418A true CN112104418A (zh) 2020-12-18

Family

ID=73749490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010733318.6A Pending CN112104418A (zh) 2020-07-27 2020-07-27 一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112104418A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070031151A1 (en) * 2005-08-02 2007-02-08 James Cunningham Acquisition, pointing, and tracking architecture for laser communication
CN103413318A (zh) * 2013-08-27 2013-11-27 北京航空航天大学 靶标球镜面中心定位方法
CN107392849A (zh) * 2017-06-27 2017-11-24 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 基于图像细分的靶标识别与定位方法
CN108168523A (zh) * 2017-12-30 2018-06-15 宁波高新区晓圆科技有限公司 基于机器视觉的天线自跟踪系统和方法
CN109360407A (zh) * 2018-12-26 2019-02-19 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种无人机无线激光遥控系统和遥控方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070031151A1 (en) * 2005-08-02 2007-02-08 James Cunningham Acquisition, pointing, and tracking architecture for laser communication
CN103413318A (zh) * 2013-08-27 2013-11-27 北京航空航天大学 靶标球镜面中心定位方法
CN107392849A (zh) * 2017-06-27 2017-11-24 中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所 基于图像细分的靶标识别与定位方法
CN108168523A (zh) * 2017-12-30 2018-06-15 宁波高新区晓圆科技有限公司 基于机器视觉的天线自跟踪系统和方法
CN109360407A (zh) * 2018-12-26 2019-02-19 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种无人机无线激光遥控系统和遥控方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
夏瑞雪等: "基于圆点阵列靶标的特征点坐标自动提取方法", 《中国机械工程》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2618297C (en) Acquisition, pointing, and tracking architecture for laser communication
CN107421506B (zh) 一种基于室内可见光通信的视觉追踪定位系统和方法
US7885548B1 (en) Free space optical communication
US7920794B1 (en) Free space optical communication
US9571192B2 (en) Simultaneous multi-channel optical communications system with beam pointing, switching, and tracking using moving focal plane devices
CN106788763A (zh) 机载激光通信设备及其控制方法
US8805192B2 (en) Method of directing an optical receiver toward a light source and an apparatus of practicing the method
CN110233664B (zh) 一种无线光通信的跟瞄控制系统及跟瞄控制方法
CN107885223A (zh) 基于激光的无人机回收引导系统
EP3881121A1 (en) Two-mirror tracking system for free-space optical communication
CN110868253B (zh) 一种用于近距离无线光通信的捕获、对准、跟踪装置
CN110739994B (zh) 一种自由空间光通信链路建立方法
US7612329B2 (en) Apparatus and method for free space optical communications beam steering without gimbals
CN109428648A (zh) 实现无线光收发端对准的方法及装置
CN109945861A (zh) 小型无人机与地面端单向无线光通信对准跟踪装置及方法
US7612317B2 (en) Beam steering for optical target identification and tracking without gimbals or scanning mirrors
Khan et al. GPS-free maintenance of a free-space-optical link between two autonomous mobiles
CN210518336U (zh) 一种用于近距离无线光通信的捕获、对准、跟踪装置
Abdelfatah et al. A review on pointing, acquisition, and tracking approaches in UAV-based FSO communication systems
CN111624592A (zh) 一种基于多源探测器的低空目标探测方法和系统
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
US11967987B2 (en) System and method for configurable invisible light communications
Epple et al. Discussion on design aspects for free-space optical communication terminals
CN112104418A (zh) 一种基于形态识别的无线光通信的atp方法和系统
CN102185652A (zh) 无线激光通信传输方法及系统

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201218

RJ01 Rejection of invention patent application after publication