船舶用数字化灯光通信系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种船舶通信系统，特别是一种结合图像处理技术在复杂的水域环境下用于船舶之间交流的高可靠性数字化灯光通信系统。
【背景技术】
[0002]灯语(灯光通信)是船只之间通信的一种通用化语言，在国际上的使用十分广泛。然而灯语的发送和读取都是靠人工获得和解码，如果缺少专业人员，那么将会对航行船只造成十分巨大的影响。而且即使具有专业人员，但是由于各种条件限制将会导致解码错误或者无法解码的情况。
[0003]现代科学技术将灯光信号的发送和接收自动化后，使用不可见光代替原来的可见光通信，也就成为了可能。这一改造将使灯光通信更加保密，更加隐蔽化。但是现有的光通信技术主要应用于陆路交通运输中，在载具间传递简单的距离、位置信息；而海路航运与陆路运输不同，其存在以下问题:1.海路航运中船舶间距离相比陆路运输中车辆间距离远的多，对信号传播距离有更高的要求；2.海路通信方式不如陆路通信方式多样，特别是遭遇战争、恶劣天气或设备损坏等非正常因素的影响，因此灯光通信作为一种相对较为稳定的传播方式，相对于陆路环境中更需要依靠其传递更多的信息，所以对信号编码及信号的接收有更高的要求。
【发明内容】
[0004]由于现有技术不能很好的解决光通信在海路航运中存在的问题。所以现在需要一种适用于海路航运的光通信系统。该系统除了传播距离长，适应海路环境外，还可以全天候24小时自动检测海域上的可能灯语，并能自动解码。这种系统的产生，将可以替代人工进行灯语解释，还可以24小时检测可能出现的灯语，并自动判断此信号是否为灯语，还可以自动解码，并通过系统反映和报警，并且可以同现在舰艇上面的信息系统相整合，构成一个完整的信息系统平台。
【实用新型内容】
[0005]针对以上问题，本实用新型公开了船舶用数字化灯光通信系统，使用现代计算机技术和图像处理技术，对传统的灯光通信进行数字化改造。本项目完成后，将使船舶灯光通信面貌根本改变:提高识别的准确率，提高发送和识别的速度，信号使用波段从可见光扩展到不可见光，信号传输距离和抗干扰性将大幅度提高，提高了信号的保密性和安全性。
[0006]所述的系统包括灯光发射模块，灯光采集模块，信息处理平台；所述的灯光发射模块包括发光源，编码器；所述的灯光采集模块包括图像采集器，相对位置跟踪模块；所述的信息处理平台包括解码器，信息反馈模块，信息显示平台；灯光发射模块以可见光或者红外光的形式发射使其他船舶上的图像采集器自动捕获，通过相对位置跟踪模块区分发射源。
[0007]图像采集器接收与其连接的相对位置跟踪模块定位到的图像；图像通过图像采集器传输至与其连接的信息处理平台上的解码器，图像信息转化为莫尔斯码或汉字码，该编码进入与解码器连接的信息反馈模块中，一部分数据通过与信息反馈模块连接的信息显示平台显示人们可识别的语言，另一部分数据传输至与其连接的灯光发射模块中的编码器，编码器连接光源，编码后的数据被光源可识别，通过光源发射图像信息。
[0008]所述的相对位置跟踪模块通过光传播的原理确定船舶之间相对坐标位置，所述的相对位置跟踪模块或由卫星定位仪代替确定船舶的坐标。
[0009]所述的图像采集器捕捉灯光发射模块中光源的亮度值、颜色值、波长值、图形形状、发射频率。
[0010]所述的信息反馈模块可切换成手动选择反馈或自动实时反馈，通过该系统循环发送数据确保数据准确。
[0011]所述的信息显示平台中包含译码器把编码信号转化为人们可识别的语言。
[0012]所述的图像采集器可设置2个或2个以上的亮度范围，当采集到亮度达到某一范围内时数据进行读取，通过亮度保持时间确定传输数据。
[0013]作为一种优选编码器的信息传输形式使用莫尔斯码以及在莫尔斯码基础上编成的汉字码、或其他任何约定语言码。
[0014]作为一种优选所述的发光源为LED点阵光源以实现亮暗之间的切变(快速变换)。
[0015]可见光或者红外光的形式发射的信号传输距离为白天小于3海里，夜晚小于8海里。
[0016]所述红外光发射时肉眼不可识别与编码语言相结合作为双重加密处理传输信息。
【附图说明】
[0017]图1是本发明中船舶用数字化灯光通信系统总体结构示意图。
[0018]图2是本发明中的图形采集器基于现代计算机技术的一种通过灯光发射时间与亮度为定义的采集实例。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本实用新型，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0020]如图1所示，本实用发明公开了船舶用数字化灯光通信系统，其特征在于:所述的系统包括灯光发射模块，灯光采集模块，信息处理平台；所述的灯光发射模块包括发光源，编码器；所述的灯光采集模块包括图像采集器，相对位置跟踪模块；所述的信息处理平台包括解码器，信息反馈模块，信息显示平台；灯光发射模块以可见光或者红外光的形式发射使其他船舶上的图像采集器自动捕获，通过相对位置跟踪模块区分发射源并自动反馈数据。
[0021]作为一种优选，相对位置跟踪模块通过光传播的原理确定船舶之间相对坐标位置，以下为一种坐标计算与船舶特有的外界干扰相结合的计算方式:参数定义:船舶一坐标为Z (Xo, Yo)，船舶二坐标为Z (xl，yl)。
[0022]船舶一灯光船舶速度V(Xo，Yo)，船舶二摆动速度V (xl，yl)。
[0023]图像传播时间T。
[0024]计算公式:Z(xl，yl)=Z(Xo，Yo)+ V(Xo，Yo)*T+ V (xl，yl)*T。
[0025]作为一种优选，使用卫星定位仪代替船舶之间的相对位置跟踪模块。
[0026]图2所示图形采集器基于现代计算机技术的一种通过灯光发射时间与亮度为定义的米集实例。
[0027]定义:亮度值LI，L2，当图像采集器扫描到亮度值L大于LI时触发信号传输，当L2>L>L1是计数为0，当L>12时数据为I;设定时间t为一个单位，一个单位时间t代表短光定义为X，三个单位时间3t代表长光定义为y，每个闪光后跟着一个间隙位单位时间t定义为T; 一个有效位短光X=x+T，一个长光有效位Y=y+T。
[0028]例如:字母A为 X+Y ;
[0029]字母 B 为 Y+X+X ；
[0030]字母 C 为 Y+X+Y+X ；
[0031]字母 D 为 Y+X+X ；
[0032]字母E为 X ；
[0033]字母 F 为 X+X+Y+X ；
[0034]字母 G 为 Y+Y+X ；
[0035]字母 H 为 X+X+X+X ；
[0036]数字 I 为 X+Y+Y+Y+Y ；
[0037]数字 2 为 X+X+Y+Y+Y ；
[0038]数字 3 为 X+X+X+Y+Y ；
[0039]数字 4 为 X+X+X+X+Y ；
[0040]数字 5 为 X+X+X+X+X ；
[0041]数字 6 为 Y+X+X+X+X ;
[0042]数字 7 为 Y+Y+X+X+X ；
[0043]数字 8 为 Y+Y+Y+X+X ；
[0044]数字 9 为 Y+Y+Y+Y+X ；
[0045]数字 O 为 Y+Y+Y+Y+Y。
[0046]以上示例中定义的亮度值LI与L2的数值，可由图像采集器采集到的其他数值定义包括颜色值(RGB、CMYK、三刺激坐标值、Iab坐标值等)、波长值、图形形状、功率大小、发射频率。
[0047]图形采集器基于现代计算机技术采集到的数据通过2个或者2个以上项组合的形式作为数据处理的依据(亮度值、颜色值、波长值、图形形状、功率大小、发射频率)。
[0048]作为一种优选编码器的信息传输形式使用莫尔斯码以及在莫尔斯码基础上编成的汉字码、或其他任何约定语言码。
[0049]所述的信息反馈模块可切换成手动选择反馈或自动实时反馈，通过该系统循环发送数据确保数据准确。
[0050]所述的信息显示平台中包含译码器把编码信号转化为人们可识别的语言。
[0051]所述的图像采集器可设置2个或2个以上的亮度范围，当采集到亮度达到某一范围内时数据进行读取，通过亮度保持时间确定传输数据。
[0052]作为一种优选所述的发光源为LED点阵光源可选择发射灯光图形，且以实现亮暗之间的切变(快速变换)。
[0053]设置光源的发射亮度控制可见光或者红外光的形式发射的信号传输距离，白天小于3海里，夜晚小于8海里。
[0054]光源为红外光发射时肉眼不可识别信号而图像采集器摄像头可以自动捕捉再与编码语言相结合作为双重加密传输信息处理方案。
[0055]信息处理平台参数设置包括下面几方面功能:(I)参数设置，使用可见光或者红外光、背景照度参数；(2)接收来自传感器对船舶晃动发出的信号，并控制目标相应的动作，以维持信号光源在图像采集器所涵盖的范围内；(3)对光信号进行甄别，并把实际信号译码；(4)将要发送的信号编码，控制光源发送信号；(5)根据指挥命令收发信号。
【主权项】
1.船舶用数字化灯光通信系统，其特征在于:所述的系统包括灯光发射模块，灯光采集模块，信息处理平台；所述的灯光发射模块包含编码器和光源，所述的灯光采集模块包含图像采集器和相对位置跟踪模块；所述的信息处理平台包括解码器，信息显示平台和信息反馈模块；灯光采集模块连接信息处理平台，信息处理平台连接灯光发射模块；图像采集器接收与其连接的相对位置跟踪模块定位到的图像；图像通过图像采集器传输至与其连接的信息处理平台上的解码器，图像信息转化为莫尔斯码或汉字码，该编码进入与解码器连接的信息反馈模块中，一部分数据通过与信息反馈模块连接的信息显示平台显示人们可识别的语言，另一部分数据传输至与其连接的灯光发射模块中的编码器，编码器连接光源，编码后的数据被光源可识别，通过光源发射图像信息。
2.根据权利要求1所述的船舶用数字化灯光通信系统，其特征在于:所述的光源为可发出快速变换亮度的LED点阵光源，所述的LED为可见光LED或者红外光LED。
3.根据权利要求1所述的船舶用数字化灯光通信系统，其特征在于:所述的相对位置跟踪模块定位船舶之间相对坐标位置，所述的相对位置跟踪模块可由卫星定位仪代替。
【专利摘要】本实用新型涉及一种船舶通信系统，特别是一种结合图像处理技术在复杂的水域环境下用于船舶之间交流的高可靠性数字化灯光通信系统。该系统包括灯光发射模块，灯光采集模块，信息处理平台；所述的灯光发射模块包括发光源，编码器；所述的灯光采集模块包括图像采集器，相对位置跟踪模块；所述的信息处理平台包括解码器，信息反馈模块，信息显示平台。该系统操作简便容易上手，与传统的手动控制船舶之间的灯光通讯相比，可以大幅度提高通讯准确率、效率与可靠性。该系统并可使用红外波段收发信号的方式，使信号传输距离和抗干扰性大幅度提高，通过信号加密器还确保传输信号的保密性和安全性。
【IPC分类】H04B10-116, H04B10-114
【公开号】CN204442382
【申请号】CN201520019655
【发明人】周亚敏
【申请人】江苏海马通信科技有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年1月13日