基于水聲通信的灰度圖像傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于水聲通信的灰度圖像傳輸方法。本發(fā)明首先進(jìn)行圖像采集，把壓縮轉(zhuǎn)換后的圖像存儲(chǔ)到水下發(fā)送方的串口通信緩存模塊，準(zhǔn)備發(fā)送。其次建立發(fā)送方與接收方的連接。然后確定發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送形式和接收方的數(shù)據(jù)接收形式。最后進(jìn)行超時(shí)檢測(cè)。本發(fā)明使得水聲圖像傳輸極大的提高了探測(cè)范圍，不受線纜約束，為水下多點(diǎn)成像測(cè)控提供可能。同時(shí)可以搭載在AUV等無纜設(shè)備。
【專利說明】基于水聲通信的灰度圖像傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于深海長(zhǎng)距離傳輸領(lǐng)域，涉及以長(zhǎng)距離可靠水聲圖像傳輸為主要功能的傳輸方法，為深海資源勘探、海底地質(zhì)地貌研究及海底生物探明提供了一種便捷直觀的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今陸地資源的日益匱乏，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到占地球75%面積的海洋必將成為人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，將對(duì)人類發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起到舉足輕重的作用。海洋成為21世紀(jì)各國(guó)的必爭(zhēng)之地已無可非議。同時(shí)，海洋具有極其重要的軍事地位。南海亂局、釣魚島之爭(zhēng)歸根結(jié)底就是海洋之爭(zhēng)！由于海洋環(huán)境的苛刻性，至今人類對(duì)于大洋深處的了解依然非常有限。我國(guó)的深海資源調(diào)查起步較晚，在調(diào)查手段的多個(gè)【技術(shù)領(lǐng)域】缺乏有效的方法與經(jīng)驗(yàn)。為了獲得水下寶貴的視覺信息，需要將海底成像設(shè)備獲取的圖像傳送到水面母船。水聲通信在海洋探測(cè)和開發(fā)過程中具有里程碑式的意義，它使水下無線通信技術(shù)成為可能。本發(fā)明主要設(shè)計(jì)了一種通過水下成像設(shè)備獲取圖像信息進(jìn)行水聲通信從而傳輸圖像?，F(xiàn)在由海底成像設(shè)備向水面?zhèn)鬏攬D像，大多數(shù)情況下是通過光纖進(jìn)行的，但是光纖的實(shí)用極大的限制了成像設(shè)備的探測(cè)范圍無法使用在深海領(lǐng)域，并且無法搭載在AUV等水下無纜設(shè)備。
[0003]水聲通信優(yōu)點(diǎn)使得圖像數(shù)據(jù)以無線的方式傳輸?shù)剿?，而影響水聲信道傳輸?shù)囊蛩刂饕袃蓚€(gè):圖像的壓縮率和信道的調(diào)制方式。本發(fā)明通過對(duì)圖像的壓縮和對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼使得圖像高效可靠地進(jìn)行傳輸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種新的海底圖像傳輸方法，提出了一種用于海洋的可靠的水聲圖像傳輸技術(shù)，本發(fā)明基于水聲通信的灰度圖像的傳輸方法主要包括以下步驟:
(I)打開圖像采集模塊，采集圖像信息。
[0005](2)通過圖像壓縮轉(zhuǎn)換模塊把接收到的RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。
[0006](3)通過雙峰法的到灰度圖像二值化閾值為圖像二值化做準(zhǔn)備。
[0007](4)對(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化，從而達(dá)到壓縮圖像的目的。
[0008](5)通過邊緣檢測(cè)算法，得到二值圖像的邊緣像素點(diǎn)，并賦一值(黑色)其余像素點(diǎn)賦零值(白色)，從而得到可以顯示出水下環(huán)境及其生物輪廓的二值圖像。
[0009](6)利用相鄰?fù)袼攸c(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)像素矩陣進(jìn)行壓縮編碼，編碼規(guī)則為一位像素點(diǎn)顏色數(shù)據(jù)，八位相同像素點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)，以此類推，從而大大壓縮圖像的數(shù)據(jù)為其通過水聲傳輸提供了可能。
[0010](7)把壓縮轉(zhuǎn)換后的圖像存儲(chǔ)到水下發(fā)送方的串口通信緩存模塊，準(zhǔn)備發(fā)送。
[0011](8)打開通信緩存模塊串口，使能串口接收，對(duì)串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，從連續(xù)的數(shù)據(jù)流中分離各個(gè)數(shù)據(jù)幀，并將各個(gè)數(shù)據(jù)幀保存。
[0012](9)從串口通信緩存模塊讀取待發(fā)送的圖像信息，根據(jù)圖像的實(shí)際大小把圖像數(shù)據(jù)分成若干數(shù)據(jù)幀。
[0013](10)數(shù)據(jù)幀發(fā)送:
(10.1)向數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)填充好每幀需要發(fā)送的信息，包括幀頭、發(fā)送序列號(hào)、接收序列號(hào)、數(shù)據(jù)部分和幀尾。并啟動(dòng)重發(fā)定時(shí)器。
[0014](10.2)等待對(duì)方應(yīng)答，應(yīng)答幀數(shù)據(jù)中包含下一個(gè)希望接收的發(fā)送序列號(hào)。如果重發(fā)定時(shí)器到還未收到對(duì)方應(yīng)答數(shù)據(jù)，重新發(fā)送上面步驟準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)幀。
[0015](10.3)重發(fā)后還沒收到對(duì)方應(yīng)答，則重復(fù)上一步驟；否者繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟。
[0016](10.4)關(guān)閉重發(fā)定時(shí)器。如果要發(fā)送的圖像還未發(fā)送完畢，則跳到步驟(10.1)繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。
[0017](11)數(shù)據(jù)接收:
(11.1)當(dāng)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，比較接收到的一幀數(shù)據(jù)的幀頭和幀尾是否符合應(yīng)接收的幀信息。如果不符合格式要求則說明這個(gè)數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)了錯(cuò)誤，直接丟棄該數(shù)據(jù)幀；如果幀頭和幀尾符合格式要求則進(jìn)入下一步。
[0018](11.2)判斷是否是最后一幀數(shù)據(jù)，如果不是則跳到步驟(11.1);否則進(jìn)行圖像合成。
[0019]本發(fā)明與傳統(tǒng)的光纖圖像傳輸方式相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)水聲圖像傳輸使得探測(cè)范圍不受線纜約束。
[0020](2)為水下多點(diǎn)成像測(cè)控提供可能。
[0021](3)可以搭載在AUV等無纜設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是通信雙方的連接狀態(tài)圖。
[0023]圖2是基于串口通信的長(zhǎng)距離可靠傳輸方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖1、圖2和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]第一步:(圖像采集處理開始)打開水下攝像頭，采集圖像。
[0026]第二步:通過圖像壓縮轉(zhuǎn)換模塊把接收到的RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。
[0027]第三步:通過雙峰法的到灰度圖像二值化閾值為圖像二值化做準(zhǔn)備。對(duì)圖像進(jìn)行二值化，從而達(dá)到壓縮圖像的目的。
[0028]第四步:通過邊緣檢測(cè)算法，得到二值圖像的邊緣像素點(diǎn)，并賦一值(黑色)其余像素點(diǎn)，并賦零值(白色)，從而得到可以顯示出水下環(huán)境及其生物輪廓的二值圖像。
[0029]第五步:利用相鄰?fù)袼攸c(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)像素矩陣進(jìn)行壓縮編碼，編碼規(guī)則為一位像素點(diǎn)顏色數(shù)據(jù)，八位相同像素點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)，以此類推，從而大大壓縮圖像的數(shù)據(jù)為其通過水聲傳輸提供了可能。
[0030]第六步:將壓縮后的圖像存儲(chǔ)于緩存模塊的存儲(chǔ)區(qū)域等待發(fā)送。(圖像采集處理結(jié)束)
第七步:打開使能串口。
[0031]第八步:(開始發(fā)送圖像)向數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)填充好待發(fā)送幀，開啟重發(fā)定時(shí)器。通過串口發(fā)送一幀數(shù)據(jù)給水下聲吶,水下聲吶接收到一幀數(shù)據(jù)通過聲波發(fā)送給水面聲吶。水面聲吶接收到一幀數(shù)據(jù)把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存模塊中，等待接收下一幀數(shù)據(jù)。
[0032]第九步:等待對(duì)方應(yīng)答，應(yīng)答幀數(shù)據(jù)中包含下一個(gè)希望接收的發(fā)送序列號(hào)。如果重發(fā)定時(shí)器到還未收到對(duì)方應(yīng)答數(shù)據(jù)，重新發(fā)送上面步驟準(zhǔn)備好的當(dāng)前幀。如果收到對(duì)方應(yīng)答數(shù)據(jù)，則關(guān)閉重發(fā)定時(shí)器。
[0033]第十步:如果要發(fā)送的圖像還未發(fā)送完畢，則跳到第八步繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀。
[0034]第十一步:(接收流程開始)當(dāng)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，比較接收到數(shù)據(jù)的幀頭和幀尾是否符合應(yīng)接收的幀信息。如果不符合格式要求則說明這個(gè)數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)了錯(cuò)誤，直接丟棄該數(shù)據(jù)幀；如果幀頭和幀尾符合格式要求則進(jìn)入下一步。
[0035]第十二步:判斷是否是最后一幀數(shù)據(jù)，如果不是則跳到第十一步；否則進(jìn)行圖像合成和存儲(chǔ)。
【權(quán)利要求】
1.基于水聲通信的灰度圖像傳輸方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)打開圖像采集模塊，采集圖像信息； (2)通過圖像壓縮轉(zhuǎn)換模塊把接收到的RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像； (3)通過雙峰法得到灰度圖像二值化閾值為圖像二值化做準(zhǔn)備； (4)對(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化，從而達(dá)到壓縮圖像的目的； (5)通過邊緣檢測(cè)算法，得到二值圖像的邊緣像素點(diǎn)，并賦一值其余像素點(diǎn)賦零值，從而得到可以顯示出水下環(huán)境及其生物輪廓的二值圖像； (6)利用相鄰?fù)袼攸c(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)像素矩陣進(jìn)行壓縮編碼，編碼規(guī)則為一位像素點(diǎn)顏色數(shù)據(jù)，八位相同像素點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)，以此類推，從而大大壓縮圖像的數(shù)據(jù)為其通過水聲傳輸提供了可能； (7)把壓縮轉(zhuǎn)換后的圖像存儲(chǔ)到水下發(fā)送方的串口通信緩存模塊，準(zhǔn)備發(fā)送； (8)打開通信緩存模塊串口，使能串口接收，對(duì)串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，從連續(xù)的數(shù)據(jù)流中分離各個(gè)數(shù)據(jù)幀，并將各個(gè)數(shù)據(jù)幀保存； (9)從串口通信緩存模塊讀取待發(fā)送的圖像信息，根據(jù)圖像的實(shí)際大小把圖像數(shù)據(jù)分成若干數(shù)據(jù)幀； (10)數(shù)據(jù)幀發(fā)送: (10.1)向數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)填充好每幀需要發(fā)送的信息，包括幀頭、發(fā)送序列號(hào)、接收序列號(hào)、數(shù)據(jù)部分和幀尾；并啟動(dòng)重發(fā)定時(shí)器； (10.2)等待對(duì)方應(yīng)答，應(yīng)答幀數(shù)據(jù)中包含下一個(gè)希望接收的發(fā)送序列號(hào)；如果重發(fā)定時(shí)器到還未收到對(duì)方應(yīng)答數(shù)據(jù)，重新發(fā)送上面步驟準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)幀； (10.3)重發(fā)后還沒收到對(duì)方應(yīng)答，則重復(fù)上一步驟；否者繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟； (10.4)關(guān)閉重發(fā)定時(shí)器；如果要發(fā)送的圖像還未發(fā)送完畢，則跳到步驟(10.1)繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀； (11)數(shù)據(jù)接收: (11.1)當(dāng)接收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，比較接收到數(shù)據(jù)的幀頭和幀尾是否符合應(yīng)接收的幀信息；如果不符合格式要求則說明這個(gè)數(shù)據(jù)幀出現(xiàn)了錯(cuò)誤，直接丟棄該數(shù)據(jù)幀；如果幀頭和幀尾符合格式要求則進(jìn)入下一步； (11.2)判斷是否是最后一幀數(shù)據(jù)，如果不是則跳到步驟(11.1);否則進(jìn)行圖像合成和存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】H04N7/24GK104301675SQ201410521969
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】蔡文郁, 王洪亮, 錢成國(guó) 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)