CN114125246A - 一种基于全景双目视觉的近场无线激光通信apt装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置，包括结构相同的两个天线终端A和B，天线终端设有两轴转台，两轴转台的底座设有呈圆柱状的支柱，支柱朝上的一端可转动连接天线终端A或B的可二维转动的转动架，转动架上设有转动承载壳体，转动承载壳体内设有依次连接的信号光源、第一分光镜、准直镜、合束镜、信号光发射镜和顺序连接的信号光接收镜、第二分光镜、第一感光靶面、第一处理器，支柱的外部设有固定承载壳体，固定承载壳体内设有顺序连接的第二处理器、第二感光靶面、全景镜头及第一信标、第二信标、第三信标，第一信标、第二信标、第三信标均匀设置在支柱的外壁上。这种装置功耗小、成本低、自动化程度高、适用范围广。

Description

一种基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置
技术领域
本发明属于无线光通信技术领域，具体是一种基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置。
背景技术
近场无线光通信（Short-Distance Wireless Optical Communication）属于无线光通信技术领域。相比于Wifi技术（包括5G）、Bluetooth、微波等电磁波载体，近场无线光通信（厘米级~百米级）的通信容量更大；在一些应用场合中，如高铁列车上有数十个高清摄像头，每 10小时采集300GB左右数据，即使采5G WiFi用技术转存数据也要花费40分钟以上；又如客机、战斗机有成千上万的传感器产生的各项性能指标数据则更加庞大，往往需要工作人员花费数小时进行拷贝转移，对于众多的列车或飞机，采用上述传统数据传输方式的效率十分低下。而近场无线激光通信具备大容量通信能力，恰能解决诸如上述场景下，庞大数据（语音、图像、高清视频、传感器数据）的传输和转存问题。
全景成像 PI ( panoramic imaging, 简称PI)技术是目前迅速发展的一种新型视觉技术，采用全景成像接收信标的方式进行捕获，可以获得水平方向上360°，垂直方向可达到30°～ 150°的大视场。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置。这种装置适用于复杂、恶劣的工作环境，具有便携性、功耗小、成本低、自动化程度高的优点，可快速建立无线通信链路，实现高速传输和转存大数据，在近场环境中具有快速捕获、稳定跟踪和精确对准的功能，适用范围广。
实现本发明目的的技术方案是：
一种基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置，包括设置在不同位置的结构相同的两个天线终端A和B，其中，每个天线终端A或B均设有两轴转台，两轴转台的底座的中心部区域设有呈圆柱状的支柱，支柱朝上的一端可转动连接天线终端A或B的可二维转动的转动架，转动架上设有转动承载壳体，转动承载壳体内设有依次连接的信号光源、第一分光镜、准直镜、合束镜、信号光发射镜和顺序连接的信号光接收镜、第二分光镜、第一感光靶面、第一处理器，支柱的外部设有固定承载壳体，固定承载壳体内设有顺序连接的第二处理器、第二感光靶面、全景镜头及第一信标、第二信标、第三信标，第一信标、第二信标、第三信标均匀设置在支柱的外壁上，这样设置使得第一信标、第二信标、第三信标具有120°发散角，形成380°全方位无死角。
所述全景镜头依据折反射全景成像原理采用折反射全景成像系统，折反射全景成像系统设有摄像头和反射抛物镜面，摄像头对准反射抛物镜面形成360°折反成像系统，这种成像系统可以对摄像头侧边水平360°和垂直120°视场范围成像，全景镜头也可以采用鱼眼镜头、全景环带光学系统或其它全景系统。
这种装置的工作过程为：
天线终端A（B）的信号光发射镜发射的信标光被天线终端B（A）的全景镜头捕获后，天线终端B（A）通过第二感光靶面成像，交给第二处理器解算出角度控制天线终端B（A）的转台指向天线终端A（B）区域，此时天线终端A（B）的信号光接收镜可以接收到天线终端B（A）发射的信号光，同时天线终端B（A）的第二处理器将二维转台的控制权交给天线终端B（A）的第一处理器使天线终端A（B）的信号光接收镜可以接收到天线终端B（A）发射的信号光，同时天线终端B（A）的第二处理器将二维转台的控制权交给天线终端B（A）的第一处理器，天线终端B（A）的光源产生信号光通过第一分光镜、准直镜后形成两束光，其中一束作为通信数据发散角不变，另一束增大发散角用作跟踪对准，天线终端A（B）接收的信号光通过第二分光镜将部分光用于通信，另一部分经第一感光靶面后给第一处理器用于目标精确跟踪对准，A、B终端执行相同的过程，从而能更快速地建立通信光链路以保证系统的正常通信。
本技术方案的优点是：
1.采用红外辅助信标和全景成像 PI进行初始捕获，可在垂直和水平120°× 360°大视场工作，不需要转动扫描，大大提高了捕获效率；
2.以红外辅助信标进行捕获，以不限波长的激光束进行跟踪和对准，可在白天工作也可以在晚上或雨雪天、大雾天进行工作，而现有技术中很多目标形态识别技术只能在可见光波段工作、或者恶劣天气下无法正常工作；
3.捕获和跟踪对准的分离以及采用信号光进行跟踪对准，使用过程中不必考虑信号光与信标光的平行度问题，这不仅解决了传统平行系统因光线折射后（如穿透弧面玻璃发生的折射）的带来的信号与信标不再平行的难题，且对温度变化、应力变化不敏感，更加经久耐用，尤其适应于存在一定震动的火车站或机场环境中，可用于水下无线光通信系统。
这种装置适用于复杂、恶劣的工作环境，具有便携性、功耗小、成本低、自动化程度高的优点，可快速建立无线通信链路，实现高速传输和转存大数据，在近场环境中具有快速捕获、稳定跟踪和精确对准的功能，适用范围广。
附图说明
图1为实施例中天线A端或B端的原理示意图；
图2实施例中天线A端或B端的的工作逻辑流程图；
图3实施例中的折反射全景成像系统原理图；
图4实施例中全景镜头的全景成像示意图；
图5实施例中的实际应用示意图。
图中， 1.转动承载壳体 2.信号光源 3.第一分光镜 4.准直镜 5.合束镜 6.信号光发射镜 7.转动架 8.第一处理器 9.第一感光靶面10 .第二分光镜 11.信号光接收镜12.固定承载壳体 13.第二处理器 14.第二感光靶面 15.全景镜头 16.第一信标 17.第二信标 18.第三信标 19.底座 20 .全景系统的视场范围 21.视场盲区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的内容做进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置，包括设置在不同位置的结构相同的两个天线终端A和B，其中，每个天线终端A或B均设有两轴转台，两轴转台的底座19的中心部区域设有呈圆柱状的支柱，支柱朝上的一端可转动连接天线终端A或B的可二维转动的转动架7，转动架7上设有转动承载壳体1，转动承载壳体1内设有依次连接的信号光源2、第一分光镜3、准直镜4、合束镜5、信号光发射镜6和顺序连接的信号光接收镜11、第二分光镜10、第一感光靶面9、第一处理器8，支柱的外部设有固定承载壳体12，固定承载壳体12内设有顺序连接的第二处理器13、第二感光靶面14、全景镜头15及第一信标16、第二信标17、第三信标18，第一信标16、第二信标17、第三信标18均匀设置在支柱的外壁上，这样设置使得第一信标16、第二信标17、第三信标18具有120°发散角，形成380°全方位无死角。
所述全景镜头15依据折反射全景成像原理采用折反射全景成像系统，如图3所示，折反射全景成像系统设有摄像头和反射抛物镜面，摄像头对准反射抛物镜面形成360°折反成像系统，这种成像系统可以对摄像头侧边水平360°和垂直120°视场范围成像，全景镜头15也可以采用鱼眼镜头、全景环带光学系统或其它全景系统，如图4所示，图4是最终在传感器平面上的环状图像，图中20是此全景系统的视场范围，21为视场盲区，也可以采用改进设计扩大视场区域，消除盲区，22为光斑在视场中的成像位置，假设光斑在图像宽为640，高为512的靶面上成像的质心坐标为(480，384)，则可计算反射面上的角度为180°+ arctan[(480-320)/(384 - 256)]，通过上述结果计算出相对于信标光的位置偏差，传输至电机驱动控制水平和俯仰电机实现初始对准。
本例装置的工作过程为：
如图2所示，天线终端A（B）的信号光发射镜6发射的信标光被天线终端B（A）的全景镜头15捕获后，天线终端B（A）通过第二感光靶面14成像，交给第二处理器13解算出角度控制天线终端B（A）的转台指向天线终端A（B）区域，此时天线终端A（B）的信号光接收镜11可以接收到天线终端B（A）发射的信号光，同时天线终端B（A）的第二处理器13将二维转台的控制权交给天线终端B（A）的第一处理器8使天线终端A（B）的信号光接收镜可以接收到天线终端B（A）发射的信号光，同时天线终端B（A）的第二处理器13将二维转台的控制权交给天线终端B（A）的第一处理器8，天线终端B（A）的光源产生信号光通过第一分光镜3、准直镜4后形成两束光，其中一束作为通信数据发散角不变，另一束增大发散角用作跟踪对准，天线终端A（B）接收的信号光通过第二分光镜10将部分光用于通信，另一部分经第一感光靶面9后给第一处理器8用于目标精确跟踪对准，A、B终端执行相同的过程，从而能更快速地建立通信光链路以保证系统的正常通信。
本例中实际应用示意图如图5所示，本例天线一端固定于地面某个位置，另一端可置于高铁列车或飞机上（不限于其它任何类似场景），透过玻璃与地面端天线互联后，建立稳定的通信链路，进而实现大容量的数据传输。

Claims (2)

1.一种基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置，其特征在于，包括设置在不同位置的结构相同的两个天线终端A和B，其中，每个天线终端A或B均设有两轴转台，两轴转台的底座的中心部区域设有呈圆柱状的支柱，支柱朝上的一端可转动连接天线终端A或B的可二维转动的转动架，转动架上设有转动承载壳体，转动承载壳体内设有依次连接的信号光源、第一分光镜、准直镜、合束镜、信号光发射镜和顺序连接的信号光接收镜、第二分光镜、第一感光靶面、第一处理器，支柱的外部设有固定承载壳体，固定承载壳体内设有顺序连接的第二处理器、第二感光靶面、全景镜头及第一信标、第二信标、第三信标，第一信标、第二信标、第三信标均匀设置在支柱的外壁上。
2.根据权利要求1所述的基于全景双目视觉的近场无线激光通信APT装置，其特征在于，所述全景镜头依据折反射全景成像原理采用折反射全景成像系统，折反射全景成像系统设有摄像头和反射抛物镜面，摄像头对准反射抛物镜面形成360°折反成像系统，成像系统对摄像头侧边水平360°和垂直120°视场范围成像。
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