引用本文:

马春波,顾金波,黄新义,等. 基于蓝光LED的水下可见光视频传输系统设计[J]. 光通信技术,2021,45(12):21-24.

基于蓝光LED的水下可见光视频传输系统设计

马春波,顾金波,黄新义,左 杨,敖 珺*

(桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西 桂林541004)

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摘要:针对近年来海洋资源勘探、水下环境监测等领域的通信需求,提出了一种新型的水下图像采集传输方案,并按该方案设计了一套基于蓝光发光二极管(LED)的高速可见光视频传输系统。经测试验证,该系统能够在水下采集传输720P高清视频图像,传输距离达到1.4 m。

关键词:蓝光发光二极管;图像采集;视频传输;可见光通信

中图分类号:TN914 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)12-0021-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.12.006

0 引言
       随着世界人口的增多和陆地资源的日益减少,人们开始将目光转向约占地球表面积71%的海洋。广袤的海洋下蕴含着丰富的天然气、石油和鱼类等资源,所以各国争相开展水下资源勘探活动。水下无线通信技术作为海洋资源探索的重要技术支持,也得到迅速发展,目前主要有3种方式:声通信、激光通信和发光二极管(LED)可见光通信。声通信技术虽然已经相对成熟,但由于速率低、延迟大等原因限制了其在更多场景下的应用;激光通信满足速率要求,但存在发光角度小、需严格对准等缺点;基于LED的可见光通信凭借速率快、功耗低和设备简单的优点,正成为近年来水下无线通信领域的研究热点[1]。
  国外的水下可见光通信研究较早。2004年,美国伍兹霍尔研究所[2]和麻省理工采用蓝光LED实现
115 kb/s的通信,距离为5 m;2014年,该研究所又在2400 m水深下通过无线光通信技术实现数据的回收,且通信速率可达20 Mb/s。2012年起至今,英国Sonardyne公司陆续发布BlueComm系列商用水下无线可见光通信设备,使用LED在深海中实现1~10 Mb/s的通信[3]。目前,国内基于LED的水下图像采集传输系统多停留于室内环境,且大都采用传统电视广播制式摄像头,由于摄像头视频未经压缩,存在数据量过大、系统带宽不足和画面不够清晰的缺点。针对水下勘探的实际场景需求,本文利用嵌入式系统的灵活性和网络摄像机清晰度高、数据量小的优势,提出以STM32嵌入式系统控制网络摄像机进行图像采集的方案,并以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)负责数据处理,设计一套高可靠性和实时性的可见光高清视频传输系统。

 

4 结束语
      本文采用硬件预均衡技术,基于蓝光LED设计了一套高速水下可见光视频传输系统,测试结果表明:该系统可在水下采集并实时传输高清视频图像,且拥有结构简单、稳定可靠和传输速率快的优点,可为将来水下机器人、水下传感器节点等应用提供实时视频探索和监测服务,因此具有一定的工程参考价值。