一种水下无线光通信与成像探测一体化装置制造方法及图纸

一种水下无线光通信与成像探测一体化装置，包括安装在水密壳体内的成像探测模块和电源模块，其特征在于：所述装置还包括安装在水密壳体内的光通信模块和光学收发天线，所述的成像探测模块对目标图像进行采集和处理后经通信接口传递给光通信模块；所述的光通信模块包括发送模块和接收模块；所述装置采用双工通信模式，在发送端，发送模块将成像探测模块采集的视频图像处理成信号光后经光学收发天线发送至海水信道，经过一定距离的信号传输后到达接收端的光学收发天线，经接收模块处理后输出到显示终端。本发明专利技术将蓝光LED无线光通信模块和成像探测模块的主动照明进行一体化设计，共用LED和光学发射镜头，使装置具备体积小、功耗低和效率高的特点。

An integrated device of underwater wireless optical communication and imaging detection

【技术实现步骤摘要】
一种水下无线光通信与成像探测一体化装置
本专利技术涉及一种水下无线光通信与成像探测一体化装置(以下简称装置)，解决水下尤其是深海作业过程中信令、图像数据采集和传输的问题，为水下作业实时监控提供技术保障。
技术介绍
近几年海洋领域的战略竞争越演越烈，已成为全球重要的安全关切。因此如何高效、便捷、可靠的开展水下作业成为各国研究的热点。由于水下尤其深海作业环境复杂，常年无光照，同时需要考虑平台或作业对象机动的问题，“带缆式”通信方式带来很多不便和安全隐患。因此，如何为作业平台与作业船建立有效的通信链路，如何高效的完成水下图像数据的采集、图像处理和传输成为提高水下作业的关键。国外很多研究机构先后进行了水下无线光通信的各种实验。2010年美国伍兹霍尔研究所水下实验室在海洋科学会议上公布了其团队开发的基于发光二极管（LED-LightEmittingDiode）的水下无线光通信系统，可以在100m范围内达到10-20Mb/s的传输速率。2013年，美国耶鲁大学AquaOpticalII技术人员设计的水下无线光通信系统AquaOpticalII，传输速率为2.28Mb/s，通信距离为50m。2017年，美国LightSpeedU10水下无线光通信系统，可以实现在100m的距离上大于1Mbps的全双工通信，重量约1.7kg，意大利pisa大学完成通信距离10m，带宽10Mbps。此外，国内中科院西光所、浙江大学、中国海洋大学和南京邮电大学也开展相关技术研究，但在通信速率大于1Mbps条件下其通信距离较短，且兼顾成像探测功能的一体化装置还鲜有报道。因此，针对水下作业数据采集和传输的需要，专利技术一种水下无线光通信与成像探测一体化装置具有较大的工程价值。
技术实现思路
为解决上述问题，提供一种水下无线光通信与成像探测一体化装置。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种水下无线光通信与成像探测一体化装置，包括安装在水密壳体内的成像探测模块和电源模块，所述装置还包括安装在水密壳体内的光通信模块和光学收发天线，所述的成像探测模块对目标图像进行采集和处理后经通信接口传递给光通信模块；所述的光通信模块包括发送模块和接收模块；所述装置采用双工通信模式，在发送端，发送模块将成像探测模块采集的视频图像处理成信号光后经光学收发天线发送至海水信道，经过一定距离的信号传输后到达接收端的光学收发天线，经接收模块处理后输出到显示终端。所述的光学收发天线由光学窄带滤波片和发射式光学镜头组成。所述的发送模块包括依次连接的信号采集与放大模块、编解码模块、调制解调模块、蓝光LED驱动电路、蓝光LED发光板；所述的成像探测模块采集的视频图像传送至信号放大模块，与直流偏置相叠加，通过编解码模块完成信道编解码，而后通过调制解调模块，传送至蓝光LED驱动电路，将视频信号加载到蓝光LED发光板上，视频信号以光束形式发送出去。所述的蓝光LED发光板的光源采用波长470mm的蓝光；LED排布方式采用等边布局，包括6颗高亮度蓝光LED排成一个圆形阵列；各个LED之间成60度角均匀分布在一个圆周，6颗LED中间区域预留出来为接收机光学透镜窗口。所述的接收模块包括依次连接的光电探测器、前置放大模块、调制解调模块、编解码模块和均衡处理模块；蓝光光束经光学收发天线的大焦距的聚光透镜聚光照射到光电探测器上，光信号转换为电信号，信号经功率放大、低通滤波后发送至调制解调模块，完成解调，通过编解码模块完成解码，再通过均衡处理，输出到显示终端。所述的成像探测模块包括ICCD摄像机、以太网接口模块、FPGA和GPU；所述的ICCD摄像机前端通过以太网接口模块高速下传至FPGA缓存内，FPGA将采集到的视频图像发送至GPU,GPU接收到图像后通过回传至FPGA,FPGA接收到数据后进行图像压缩通过以太网发送数据至光通信模块的发送模块。所述的FPGA采用XILINXXC7K325T3FFG900I芯片。相对于现有技术，本专利技术将蓝光LED无线光通信模块和成像探测模块的主动照明进行一体化设计，共用LED和光学发射镜头，使装置具备体积小、功耗低和效率高的特点。附图说明图1为本专利技术涉及的装置工作场景图；图2为本专利技术涉及的深度学习分割算法示意图；图3为本专利技术涉及的通信模块工作原理图；图4为本专利技术涉及的LED光源布局方式；图5为本专利技术涉及的成像探测模块工作原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。应该指出，以下详细说明都是例式性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的技术含义相同。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本专利技术中的具体含义，不能理解为对本专利技术的限制。一种水下无线光通信与成像探测一体化装置，包括安装在水密壳体内的成像探测模块和电源模块，所述装置还包括安装在水密壳体内的光通信模块和光学收发天线，所述的成像探测模块对目标图像进行采集和处理后经通信接口传递给光通信模块；所述的光通信模块包括发送模块和接收模块；所述装置采用双工通信模式，在发送端，发送模块将成像探测模块采集的视频图像处理成信号光后经光学收发天线发送至海水信道，经过一定距离的信号传输后到达接收端的光学收发天线，经接收模块处理后输出到显示终端。如图1所示，本装置主要包括光通信模块(双工)、成像探测模块、光学收发天线、电源模块和水密壳体等组成。由于采用双工通信模式，装置（2）与装置（1）的功能和实现原理相同。装置（1）通过内部的光通信模块将蓝光470nm信号光经光学收发天线发射至海水信道，通过一定距离的信道传输后到达装置（2）的光学收发天线，而后经过装置（2）的光通信模块完成信号的接收、滤波和放大，最终完成水下通信的任务。此外，装置除传输数据外，采用装置（1）发出的LED蓝光（信号光）可对作业对象进行主动照明，使其在装置（1）的ICCD探测器上成像，装置（1）通过成像探测模块对目标图像进行采集、处理和自主样本分类，并将处理结果通过光通信模块传输至作业船上。所述的光学收发天线由光学窄带滤波片和发射式光学镜头组成。所述的发送模块包括依次连接的信号采集与放大模块、编解码模块、调制解调模块、蓝光LED驱动电路、蓝光LED发光板；所述的成像探测模块采集的视频图像传送至信号放大模块，与直流偏置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下无线光通信与成像探测一体化装置，包括安装在水密壳体内的成像探测模块和电源模块，其特征在于：所述装置还包括安装在水密壳体内的光通信模块和光学收发天线，所述的成像探测模块对目标图像进行采集和处理后经通信接口传递给光通信模块；所述的光通信模块包括发送模块和接收模块；/n所述装置采用双工通信模式，在发送端，发送模块将成像探测模块采集的视频图像处理成信号光后经光学收发天线发送至海水信道，经过一定距离的信号传输后到达接收端的光学收发天线，经接收模块处理后输出到显示终端。/n

【技术特征摘要】
1.一种水下无线光通信与成像探测一体化装置，包括安装在水密壳体内的成像探测模块和电源模块，其特征在于：所述装置还包括安装在水密壳体内的光通信模块和光学收发天线，所述的成像探测模块对目标图像进行采集和处理后经通信接口传递给光通信模块；所述的光通信模块包括发送模块和接收模块；
所述装置采用双工通信模式，在发送端，发送模块将成像探测模块采集的视频图像处理成信号光后经光学收发天线发送至海水信道，经过一定距离的信号传输后到达接收端的光学收发天线，经接收模块处理后输出到显示终端。


2.如权利要求1所述的水下无线光通信与成像探测一体化装置，其特征在于：所述的光学收发天线由光学窄带滤波片和发射式光学镜头组成。


3.如权利要求1所述的水下无线光通信与成像探测一体化装置，其特征在于：所述的发送模块包括依次连接的信号采集与放大模块、编解码模块、调制解调模块、蓝光LED驱动电路、蓝光LED发光板；所述的成像探测模块采集的视频图像传送至信号放大模块，与直流偏置相叠加，通过编解码模块完成信道编解码，而后通过调制解调模块，传送至蓝光LED驱动电路，将视频信号加载到蓝光LED发光板上，视频信号以光束形式发送出去。


4.如权利要求3所述的水下无线通信与成像探测一体化装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶德茂，刘伟超，颜世恒，刘圆，王彦涛，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一三研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41