CN116112789A - 一种无电源供电的海底摄像方法 - Google Patents

一种无电源供电的海底摄像方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116112789A
CN116112789A CN202211632612.3A CN202211632612A CN116112789A CN 116112789 A CN116112789 A CN 116112789A CN 202211632612 A CN202211632612 A CN 202211632612A CN 116112789 A CN116112789 A CN 116112789A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
node
electric energy
coding
energy
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
CN202211632612.3A
Other languages
English (en)
Inventor
冯向超
巩小东
倪秀辉
孟雍祥
李新娟
袁幸杰
孙嵩
杜鹏
马昕宇
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.)
Institute of Oceanographic Instrumentation Shandong Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of Oceanographic Instrumentation Shandong Academy of Sciences
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 Institute of Oceanographic Instrumentation Shandong Academy of Sciences filed Critical Institute of Oceanographic Instrumentation Shandong Academy of Sciences
Priority to CN202211632612.3A priority Critical patent/CN116112789A/zh
Publication of CN116112789A publication Critical patent/CN116112789A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/30—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using hierarchical techniques, e.g. scalability
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/134—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or criterion affecting or controlling the adaptive coding
    • H04N19/154—Measured or subjectively estimated visual quality after decoding, e.g. measurement of distortion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/169—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
    • H04N19/17—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object
    • H04N19/176—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object the region being a block, e.g. a macroblock
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/169—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
    • H04N19/186—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being a colour or a chrominance component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种摄像方法，尤其为一种无电源供电的海底摄像方法，包括如下步骤：在海底摄像头外部设置传感器；通过传感器采集海底摄像头所在位置的声压变化；通过换能器将声压能源转化为电能进行存储，当存储电量超过阈值时，驱动摄像头进行摄像；对海底摄像头采集的图像进行压缩并利用换能器转化为声信号进行传送。本发明通过声压换能器接收水下声能并转化为电能为海底摄像头进行充电，通过能源捕获电路捕获电能并进行储存。驱动低功耗感光装置进行摄像。通过对图像进行压缩分层传输，减少了图像的压缩时间，降低了图像的压缩能耗；对图像进行失真测量，且通过设定门限值对图像进行细化，保证的图像的质量，有助于我们了解更真实的海底世界。

Description

一种无电源供电的海底摄像方法
技术领域
本发明涉及一种摄像方法，尤其是一种无电源供电的海底摄像方法。
背景技术
地球70％以上的面积都被海洋占据，在全球海洋中，深度超过2000米的海洋占到一半以上。深海探索的手段包括乘坐潜水器潜入深海，让无人潜水器等深海探测设备去自主勘探海底，用深海拖网和捕集器抓捕深海生物和固体物质等等。现有技术中，摄像作为一种常规的探测手段，在长期海洋探测中存在电池供电能源不足的问题，长年累月为水下摄像机供电的高成本是阻止广泛的海底探索的严峻挑战。声能发电技术是一种新型的发电技术，它可以通过换能器实现声能到电能的转换。声能发电系统是换能器和声能收集装置两部分。换能器是声能发电装置的核心部件，根据换能器的不同种类将声能发电装置主要分为压电式、电磁式和静电式三种形式，其中压电式声能发电装置采用压电材料作为换能元件，入射声波通过时引起压电晶体产生形变，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷产生电动势，即通过压电效应实现声能到电能的转换。利用声能发电可作为水下摄像机的长期供电能源。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种无电源供电的海底摄像方法，在黑暗的水下环境中，该设备能拍摄彩色照片并进行传输。其能量来源是声波，声波能量由压电换能器转换为电能，当积累了足够的能量时，为其成像和通信设备提供动力。该相机通过红绿蓝三种颜色的高亮LED进行曝光，在低功耗感光元件上获取到三色图像。
本发明采用的技术方案如下：
提供一种无电源供电的海底摄像方法，包括如下步骤：
S1.1：在海底摄像头外部设置声压换能器；
S1.2：采集声压能量，通过电能获取装置转化为电能并进行存储；
S1.3：当电能达到阈值时，驱动低功耗感光元件进行摄像；
S1.4：对采集的图像进行压缩，并通过换能器转化为声信号进行传送。
作为本发明的一种优选技术方案：所述S1.2中通过能源捕获电路对所述电能获取装置转化的电能进行存储。
作为本发明的一种优选技术方案：所述S1.3中，当电能获取装置转化的电能达到阈值时，驱动低功耗感光元件进行摄像。
作为本发明的一种优选技术方案：所述S1.3中，驱动海底摄像头时，同时启动红、绿、蓝三种高亮LED灯进行曝光。
作为本发明的一种优选技术方案：所述S1.4中，以能耗最低为目标对图像进行网络分层压缩传输。
作为本发明的一种优选技术方案：所述网络分层包括图像数据信息采集层、节点编码层和节点传输层；所述图像数据信息采集层利用采集节点获取图像，并完成对图像的分块处理；所述节点编码层将分块后的图像传输至各编码节点，对各个对立图像分块按照编码参数进行分解和压缩编码；所述节点传输层与节点编码层中各个编码建立网络连接，并接收来自节点编码层的多分块图像压缩编码，并将其传输到目标节点。
作为本发明的一种优选技术方案：所述图像数据信息采集层的图像分块处理步骤如下：
设图像中某一码块为B，则对该码块通过编码节点i进行单独编码时产生的码流为c，且在c中包含了多个截断点；在编码过程中对B进行失真测量，计算结果为：
Figure BDA0004006397410000021
其中，
Figure BDA0004006397410000022
为对某一码块B通过编码节点i编码的第z个截断点的质量分级。
作为本发明的一种优选技术方案：在编码过程中给定一个总码率，任何一个截断点满足：
Figure BDA0004006397410000023
其中，Lmax为给定的总码率最大值。
作为本发明的一种优选技术方案：所述图像数据采集层中将图像划分为R、G、B三个色彩通道的子图像，并通过三个色彩通道将图像传输至节点编码层，并利用编码节点编码子图像并设置编码门限值：
T0＝2n
其中，T0为初始门限数值，其中，
n＝log2X
其中，X为图像压缩编码系数，目标节点扫描接收的编码文件，目标节点经过多次扫描重构图像，每扫描结束下一次扫描开始前减半门限数值。
作为本发明的一种优选技术方案：所述S1.4中图像压缩完成后，通过换能器将压缩后的图像数据转化为声信号传输至水听器进行图像重构。
本发明提供的无电源供电的海底摄像方法，与现有技术相比，其有益效果有：
本发明通过压电换能器将声波能量转换为电能并存储，当积累了足够的能量时，为其成像和通信设备提供动力。通过红绿蓝三种颜色的高亮LED进行曝光，在低功耗感光元件上获取到三色图像。通过对图像进行压缩分层传输，减少了图像的压缩时间，降低了图像的压缩能耗；对图像进行失真测量，且通过设定门限值对图像进行细化，保证的图像的质量，有助于我们了解更真实的海底世界。并通过声波传输图像信号的二进制信息，大大减少了消耗功率。
附图说明
图1为本发明优选实施例的方法流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本发明优选实施例提供了一种无电源供电的海底摄像方法，包括如下步骤：
S1.1：在海底摄像头外部设置声压换能器；
S1.2：采集声压能量，通过电能获取装置转化为电能并进行存储；
S1.3：当电能达到阈值时，驱动低功耗感光元件进行摄像；
S1.4：对采集的图像进行压缩，并通过换能器转化为声信号进行传送。
所述S1.2中通过能源捕获电路对所述电能获取装置转化的电能进行存储。
所述S1.3中，当电能获取装置转化的电能达到阈值时，驱动低功耗感光元件进行摄像。
所述S1.3中，驱动海底摄像头时，同时启动红、绿、蓝三种高亮LED灯进行摄像。
所述S1.4中，以能耗最低为目标对图像进行网络分层压缩传输。
所述网络分层包括图像数据信息采集层、节点编码层和节点传输层；所述图像数据信息采集层利用采集节点获取图像，并完成对图像的分块处理；所述节点编码层将分块后的图像传输至各编码节点，对各个对立图像分块按照编码参数进行分解和压缩编码；所述节点传输层与节点编码层中各个编码建立网络连接，并接收来自节点编码层的多分块图像压缩编码，并将其传输到目标节点。
所述图像数据信息采集层的图像分块处理步骤如下：
设图像中某一码块为B，则对该码块通过编码节点i进行单独编码时产生的码流为c，且在c中包含了多个截断点；在编码过程中对B进行失真测量，计算结果为：
Figure BDA0004006397410000041
其中，
Figure BDA0004006397410000042
为对某一码块B通过编码节点i编码的第z个截断点的质量分级。
在编码过程中给定一个总码率，任何一个截断点满足：
Figure BDA0004006397410000043
其中，Lmax为给定的总码率最大值。
所述图像数据采集层中将图像划分为R、G、B三个色彩通道的子图像，并通过三个色彩通道将图像传输至节点编码层，并利用编码节点编码子图像并设置编码门限值：
T0＝2n
其中，T0为初始门限数值，其中，
n＝log2X
其中，X为图像压缩编码系数，目标节点扫描接收的编码文件，目标节点经过多次扫描重构图像，每扫描结束下一次扫描开始前减半门限数值。
所述S1.4中图像压缩完成后，通过换能器将压缩后的图像数据转化为声信号传输至水听器进行图像重构。
实施例：通过轮船噪声声压能量驱动摄像
在海底摄像头中设置包括压电片和测温装置的传感器，压电片置于传感器内侧外围，并装有保护装置。通过海海洋声波机械能作用于压电片，压电片将机械能转化为供海底摄像头工作的电能，通过能源捕获电路储存压电片产生的能量，供摄像和传输使用。当海底摄像头周围轮船驶过时，都会产生声压变化，使压电片产生形变得到电能输出。储能超过阈值后，通过控制电路打开低功耗感光元件，同时打开高亮LED以补充曝光度。海底摄像头摄像完成后，通过网络分层压缩进行图像传输。对图像通过网络分层进行压缩传输过程，通过较少的网络分层对图像进行压缩，减少了图像的压缩时间，降低了图像的压缩能耗，且在相同压缩比的情况下，计算效率更高。
设图像中某一码块为B，则对该码块通过编码节点i进行单独编码时产生的码流为c，且在c中包含了多个截断点；在编码过程中对B进行失真测量，计算结果为：
Figure BDA0004006397410000051
其中，
Figure BDA0004006397410000052
为对某一码块B通过编码节点i编码的第z个截断点的质量分级。
在编码过程中给定一个总码率，任何一个截断点满足：
Figure BDA0004006397410000053
其中，Lmax为给定的总码率最大值。
通过对图像进行编码分块，且确保了图像不会出现失真问题，保证了图像的质量。
所述图像数据采集层中将图像划分为R、G、B三个色彩通道的子图像，并通过三个色彩通道将图像传输至节点编码层，并利用编码节点编码子图像并设置编码门限值：
T0＝2n
其中，T0为初始门限数值，其中，
n＝log2X
其中，X为图像压缩编码系数，目标节点扫描接收的编码文件，目标节点经过多次扫描重构图像，每扫描结束下一次扫描开始前减半门限数值。
通过设定门限值对图像进行细化，提高了重构图像的质量。
编码节点接收子图像后，根据设定的分解层数和像素码率对各个子图像进行分解并编码；再将编码文件传输到节点传输层，传输至目标节点的过程中，通过换能器将压缩后的图像数据编码为位，并一次一位的发送至接收器，接收器通过水将声波传输到相机，相机吸收或反射声波，发射器旁水听器感应相机反射的信号，接收到信号标记为1，未接收到信号标记为0，以此重建图像。由目标节点按照接收的编码文件重构图像，得到处理前的多媒体网络图像，以实现对图像的压缩传输。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.1：在海底摄像头外部设置声压换能器；
S1.2：采集声压能量，通过电能获取装置转化为电能并进行存储；
S1.3：当电能达到阈值时，驱动低功耗感光元件进行摄像；
S1.4：对采集的图像进行压缩，并通过换能器转化为声信号进行传送。
2.根据权利要求1所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述S1.2中通过能源捕获电路对所述电能获取装置转化的电能进行存储。
3.根据权利要求1所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述S1.3中，当电能获取装置转化的电能达到阈值时，驱动低功耗感光元件进行摄像。
4.根据权利要求3所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述S1.3中，驱动海底摄像头时，同时启动红、绿、蓝三种高亮LED灯进行曝光。
5.根据权利要求1所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述S1.4中，以能耗最低为目标对图像进行网络分层压缩传输。
6.根据权利要求5所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述网络分层包括图像数据信息采集层、节点编码层和节点传输层；所述图像数据信息采集层利用采集节点获取图像，并完成对图像的分块处理；所述节点编码层将分块后的图像传输至各编码节点，对各个对立图像分块按照编码参数进行分解和压缩编码；所述节点传输层与节点编码层中各个编码建立网络连接，并接收来自节点编码层的多分块图像压缩编码，并将其传输到目标节点。
7.根据权利要求6所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述图像数据信息采集层的图像分块处理步骤如下：
设图像中某一码块为B，则对该码块通过编码节点i进行单独编码时产生的码流为c，且在c中包含了多个截断点；在编码过程中对B进行失真测量，计算结果为：
Figure FDA0004006397400000011
其中，
Figure FDA0004006397400000012
为对某一码块B通过编码节点i编码的第z个截断点的质量分级。
8.根据权利要求7所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：在编码过程中给定一个总码率，任何一个截断点满足：
Figure FDA0004006397400000013
其中，Lmax为给定的总码率最大值。
9.根据权利要求8所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述图像数据采集层中将图像划分为R、G、B三个色彩通道的子图像，并通过三个色彩通道将图像传输至节点编码层，并利用编码节点编码子图像并设置编码门限值：
T0＝2n
其中，T0为初始门限数值，其中，
n＝log2X
其中，X为图像压缩编码系数，目标节点扫描接收的编码文件，目标节点经过多次扫描重构图像，每扫描结束下一次扫描开始前减半门限数值。
10.根据权利要求9所述的无电源供电的海底摄像方法，其特征在于：所述S1.4中图像压缩完成后，通过换能器将压缩后的图像数据转化为声信号传输至水听器进行图像重构。
CN202211632612.3A 2022-12-19 2022-12-19 一种无电源供电的海底摄像方法 Pending CN116112789A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211632612.3A CN116112789A (zh) 2022-12-19 2022-12-19 一种无电源供电的海底摄像方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211632612.3A CN116112789A (zh) 2022-12-19 2022-12-19 一种无电源供电的海底摄像方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116112789A true CN116112789A (zh) 2023-05-12

Family

ID=86255237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211632612.3A Pending CN116112789A (zh) 2022-12-19 2022-12-19 一种无电源供电的海底摄像方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116112789A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Simpfendorfer et al. Variation in the performance of acoustic receivers and its implication for positioning algorithms in a riverine setting
US8848091B2 (en) Method and apparatus for compressive imaging device
CN107317634A (zh) 智能水下无线光通信系统
US9877036B2 (en) Inter frame watermark in a digital video
US20160321772A1 (en) Watermarking Digital Images to Increase Bit Depth
US9886961B2 (en) Audio watermark in a digital video
AU6938496A (en) Stereoscopic image encoding
US10009119B1 (en) Bandgap modulation for underwater communications and energy harvesting
Yang et al. A real-time underwater acoustic telemetry receiver with edge computing for studying fish behavior and environmental sensing
CN116112789A (zh) 一种无电源供电的海底摄像方法
CN110061776B (zh) 水下航行器的照明和传感器与通信一体化系统及装置
CN104202569A (zh) 分布式水下微光监控系统
CN211046937U (zh) 轻量化长距离的水下led无线光通信传输系统
Li et al. Space-time-multiplexed multi-image visible light positioning system exploiting pseudo-miller-coding for smart phones
Murphy et al. Wavelet compression with set partitioning for low bandwidth telemetry from AUVs
CN208386714U (zh) 基于its-vlc的像素间干扰消除系统
CN104036449A (zh) 与jpeg2000一体化的可伸缩图像水印方法
CN116112682A (zh) 一种自带编码海底图像捕捉方法及系统
Murphy Progressively communicating rich telemetry from autonomous underwater vehicles via relays
KR100940000B1 (ko) 수중 모니터링 장치 및 방법
CN209748564U (zh) 水下航行器的照明和传感器与通信一体化系统及装置
CN204168413U (zh) 分布式水下微光监控系统
CN1065964A (zh) 编码鱼群探测器图像信息的装置及发送方法
Nair et al. Light Weight Encoder-Decoder for Underwater Images in Internet of Underwater Things (IoUT)
CN104301675A (zh) 基于水声通信的灰度图像传输方法

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