Study of Wireless Sensor Network Based on Optical Communication:Research Challenges and Current Results

With the rapid developments of commercial demands,a majority of ad­vanced researches have been investigated for the applications of underwa­ter wireless sensor(WSN)networks.Recently optical communication has been considered for underwater wireless sensor network.An experimental set-up for testing optical communication underwater has been provided and designed in present papers to maximize the energy coupled from these displacements to the transduction mechanism that converts the mechanical energy into electrical.The true case has been considered by measuring dif­fuse attenuation coefficients in different seas.One stand out potential opti­cal communication method,Visible Light Communication(VLC)has been talked and several communication methods are compared from many points of view,for example attenuation in salt water.The evaluation of modula­tion techniques for underwater wireless optical communications has been displayed,and further how the data collection and storage with an under­water WSN is introduced.In this paper current researches for an(UWSN)based on optical communication are studied,in particular the potential VLC method and comparisons of VLC with other optical communication approaches.Underwater challenges would be analyzed by comparing a sort of communication methods,applied in underwater.Future work will be de­veloped at last.

基于多模态传感器的近红外与可见光图像自适应融合模型

针对现有的图像融合方法在特征提取和融合策略上的不足,提出了一种基于频域分解的近红外与可见光图像自适应融合模型STAFuse。通过引入Transformer与CNN的特征提取模块,以及自适应融合模块,实现不同模态图像特征的有效融合。在多模态图像的获取上,为解决传统多传感器系统体积大、校准复杂等问题,设计了一种新型多模态传感器,可同时获取高分辨率的可见光图像和低分辨率的近红外图像。实验结果表明,STAFuse在多个指标上优于现有模型,在结构相似性上比DenseFuse模型提升了102.7%,在视觉信息保真度上比DIDFuse模型提升了25%,在保持视觉质量和图像细节方面表现突出。

基于光散射技术的两种能见度探测方法的比较分析

为了提高大气能见度的仪器探测水平,并验证自行研制的车载式拉曼激光雷达探测大气水平能见度的可靠性,使用1种基于可见光波段的前向散射能见度仪,与基于后向散射原理的拉曼激光雷达进行了联合试验,对两者测量结果,进行了分析和讨论,结果表明这两种探测手段具有较高的相关性。同时,通过对前向散射原理的探讨,为能见度仪的国产化提供了参考,也检验了国内首台车载式拉曼激光雷达在测量能见度方面的可靠性,扩展了它的应用领域。

室内可见光成像传感器定位系统的理论极限

针对室内可见光定位系统的参数优化问题,计算了基于成像传感器接收的接收机位置的估计理论极限,求出了估计量的克拉美罗下界.对于室内典型的应用场景,当接收机的成像点测量值受高斯白噪声影响时,计算出接收机位置的最大似然估计量,并推出克拉美罗下界.采用LED发射机和成像传感器接收机的真实参数进行数值仿真,结果表明:可实现精确的定位估计,定位精度一般处于毫米量级.定位误差取决于接收机距房顶的垂直距离、透镜焦距、成像传感器的像素大小以及帧速率等参数.

一种星载微型凝视式可见光CCD遥感器设计

以小卫星平台的空间动态目标探测为应用背景,采用短积分时间的凝视成像方式、LVDS并行传输的高帧频数传模式、折反式光学系统以及部分国外工业级器件的集约化设计思路,设计了星载微型凝视式可见光CCD遥感器。文章首先介绍了光学系统和电子电路的设计和性能;然后阐述了其可靠性保证技术路线,并通过整机的鉴定级环境试验验证该技术路线的可行性,最后对该遥感器性能进行测试,结果表明在总质量小于2kg,曝光时间小于2ms条件下,其静态MTF大于0.2,动态MTF大于0.16,信噪比大于49。

天基系统CMOS图像传感器成像距离研究

CMOS图像传感器以其集成度高、功耗低、抗辐射能力强和成本低等优势已经逐渐被应用到天基空间目标可见光监测系统中。作为系统成像能力和识别能力的重要指标,准确地分析和评估CMOS图像传感器的成像距离是天基系统设计的前提和基础。在对CMOS和CCD传感器进行对比的基础上,从信噪比的角度出发,以深空作为背景,根据光度学和辐射度学的基本原理,对基于CMOS图像传感器的天基空间目标监测系统的成像距离进行了详细分析和公式推导,并以STAR-1000 CMOS图像传感器为例验证了理论模型和计算公式的正确性,最后对进一步提高CMOS图像传感器成像距离的方法进行了简要分析。

竞赛机器人小车设计的几个关键问题及解决

介绍了竞赛机器人小车的设计和具体实现。机器人小车以SST公司的SST89E564RD单片机为控制器,辅以传感器模块和驱动器模块。传感器模块采用的是反射式可见光传感器,利用达林顿管对反射光强进行放大。控制模块采用传感器信号来确定小车状态和辨认路线,依据直行算法控制机器人小车进行直线行走,通过预置导航地图来改变小车的前进方向,从而达到自主寻迹的目的。

面向物联网的可见光近场通信方法研究

为了满足物联网应用中边缘感知系统信息交互的需求,可以采用传输便捷、功耗较低的近场通信方法。然而,传统的近场通信方法基于电磁波的广播通信,广播通信存在着安全性的先天不足。针对这一安全问题,使用移动设备上的可见光传感器实现了一种面向物联网的可见光近场双工通信系统。在该系统中,上行链路和下行链路采用不同的传感器模块进行数据传输。上行链路由环境光传感器感知光强变化完成数据接收,并且针对可见光源信号不稳定的特点,提出了一种基于可见光通信的状态转化调制STM(State Transaction Modulation)策略。在下行链路中,采用图像传感器扫描移动设备屏幕实现数据传输,并提出了一种能耗自适应的信号传输方法降低下行链路的能量开销。实验结果表明,在上行链路中,STM调制的传输速率高于PWM和PIM调制且能耗大幅降低,在传输序列有重复的情况下吞吐率亦优于DH-PIM调制。

基于STC单片机的智能灯控系统设计

针对目前众多公共场所照明用电浪费严重的问题,设计了一套基于STC单片机的智能灯控系统。人体红外热释传感器和可见光照度传感器采集的数据,通过单片机处理后向照明灯驱动电路发送相应信号,控制照明灯的开关和亮度。本系统具有成本低、运行稳定及智能化的特点。对提高用电效率、节能环保有很大帮助,应用前景广阔。

矿井外因火灾感知方法

为解决可见光图像在井下受矿灯、车灯、巷道灯、粉尘、红色物体等干扰大的问题,提出了基于近红外和可见光图像的矿井外因火灾感知方法,将近红外图像和可见光图像融合,发挥近红外图像中早期火焰特征明显、可见光图像中中期火焰特征明显的优点,以提高矿井外因火灾识别率。提出了基于近红外图像、可见光图像、温度传感器、气体传感器和烟雾传感器等多信息融合的矿井外因火灾感知方法,该方法融合了近红外图像、可见光图像和传感器信息,传感器不需要无盲区覆盖,仅需要设置一定数量的气体传感器、温度传感器和烟雾传感器,具有及时、可靠、成本低等优点。将报警信息分为图像、温度、烟雾和气体4类。图像类火灾报警信息包括近红外图像和可见光图像信息,当近红外图像或可见光图像监测到火灾时,发出图像类火灾报警信号;当温度超限时,发出温度类报警信号;当烟雾超限时,发出烟雾类报警信号;气体类火灾报警信息包括CO、CO_(2)、O_(2)等,当CO、CO_(2)或O_(2)超限时,发出气体类报警信号。将火灾报警分为蓝色、黄色、橙色和红色4级,红色为最高级。当图像类、温度类、烟雾类、气体类4类信息中有1类报警,发出火灾蓝色报警信号;当图像类、温度类、烟雾类、气体类4类信息中同时有2类报警,发出火灾黄色报警信号;当图像类、温度类、烟雾类、气体类4类信息中同时有3类报警,发出火灾橙色报警信号;当图像类、温度类、烟雾类、气体类4类全部报警,发出火灾红色报警信号。

用开关型光传感器改进迈克尔逊测量激光波长实验

作者科学选用开关型可见光传感器(ON9668)和电子计数器相结合,设计了开关型可见光传感器检测电路,自动精确检测并记录激光产生的干涉条纹明暗变化次数,改变了由于人工计数所带来的诸多问题,减少了测量误差,提高了实验数据的精确性。

可见光传感器无人机目标查证动态航路规划研究

针对有人机和无人机协同执行探测任务中,无人机使用可见光传感器对目标进行抵近查证的航路自动规划需求,基于对可见光传感器成像影响因素的分析,结合无人机传感器性能、飞行性能以及与有人机的通信约束、敌方威胁分布等因素,提出了利用可视图法避开敌方威胁区的无人机查证航路规划方法,并且能够在目标状态发生变化或者出现威胁等情况下,重新规划查证航路。仿真结果表明,该算法能够生成满足探测要求和战场约束的无人机查证航路,且算法运行时间较短,能够用于动态规划。

复合光学导航敏感器

针对单波段导航敏感器通常只能获取目标某一方面的信息,所获信息量少、识别率低的问题,提出一种共用孔径、多波段光学导航敏感器的设计。从光焦度分配理论出发,给出了以主次反射镜为共用部分,工作在不同视场的共口径光学系统的初始结构设计。可见光、红外和激光三个通道共用一个Ritchey-Chretien系统,实现大口径的设计要求。为了实现可见光成像、红外成像与激光雷达探测功能,在次镜表面镀制选择性透过光学薄膜,将激光雷达的接收部分与成像系统分开。通过棱镜将Ritchey-Chretien系统的反射光路分为两路,一路成像于可见光探测器,一路成像于非制冷型长波红外探测器。设计结果表明,可见光系统在90 lp/mm的MTF大于0.4,红外系统在14.7 lp/mm的MTF大于0.4,成像系统的传递函数接近衍射极限;激光接收系统在距离探测器质心30μm处的能量接收高达90%,在-20~40℃成像质量良好。

基于奇异值分解的快速室内可见光定位算法

为了提高室内可见光定位的稳健性和效率,对定位系统的算法部分进行优化,将定位问题考虑为三维点位拟合问题,利用奇异值分解技术,推导出一个用于确定接收器位置和朝向的闭合表达式。另外,使用智能手机的图像传感器作为接收器,对平面部署的35个网格点进行了测试。与常用的LM迭代式定位算法相比,本文算法定位速度更快,大约快30倍;且避免了由于错误的初始猜测而造成定位失败的可能性,在实际环境中实现了厘米级的高精度定位。

基于STC单片机的智能灯控系统设计

针对目前众多公共场所照明用电浪费严重的问题,设计了一套基于STC单片机的智能灯控系统。人体红外热释传感器和可见光照度传感器采集的数据,通过单片机处理后向照明灯驱动电路发送相应信号,控制照明灯的开关和亮度。该系统具有成本低、运行稳定及智能化的特点。对提高用电效率、节能环保有很大帮助,应用前景广阔。

基于色敏二极管的可见光辐射测量

为了用半导体光电二极管探测可见光波段辐射能量,采用多传感器融合技术,首先分别测定红绿蓝3种色敏二极管的光谱响应,再根据求解超定方程组的方法求得各曲线权数,最后通过加权融合的方式获得接近平坦的系统光谱响应曲线.实验结果表明：用3种色敏二极管构成的测试装置具有较宽的均匀光谱响应范围,响应速度较快,能够降低可见光辐射测量不确定度,获得1种新的可见光辐射测量方法.在420～720nm波长范围内,光谱响应不均匀相对误差小于3.74％.

竞赛机器人小车的设计

本文结合机器人竞赛，介绍了竞赛机器人小车的设计和具体实现。机器人小车以SST公司的SST89E564RD单片机为控制器，辅以传感器模块和驱动器模块。其中传感器模块采用的是反射式可见光传感器，利用达林顿管对反射光强进行放大。控制模块采样传感器信号，并以此来确定小车状态和辨认路线，然后依据预置于控制模块中的导航地图来控制驱动模块并采用PWM方式调节电机转速，并改变小车的前进方向和速度，从而达到自主寻迹的目的。

低空遥感平台下可见光与多光谱传感器在水稻纹枯病病害评估中的效果对比研究

高效无损地评估农作物病害等级,对于实际农业生产和研究都具有重要意义。研究探讨了基于低空无人机遥感平台进行水稻纹枯病病害等级评估的可行性,分析可见光与多光谱传感器的光谱响应差异及其对感病水稻光谱反射率获取的影响,并定量对比两种传感器的病害监测效果。实验研究区由67个不同品种的水稻小区组成,每块小区均分为相接的纹枯病接种区和侵染区。以大疆精灵Phantom 3 Advanced小型消费级无人机作为搭载平台,分别搭载该无人机系统自带的可见光传感器和MicasenseRedEdge^(TM)多光谱传感器获取遥感影像。同时,通过植保专家现场调查的方式识别病害等级,并利用Trimble公司的手持式NDVI测量仪获取实测NDVI值。基于影像拼接、波段叠合、辐射校正后的预处理结果,对可见光图像的接种区和侵染区共134个小区计算七种可见光植被指数,即NDI(normalized difference index), ExG(excess green), ExR(excess red), ExG-ExR, B~*, G~*, R~*,多光谱图像除上述可见光指数外再计算NDVI(normalized difference vegetation index), RVI(ratio vegetation index)和NDWI(normalized difference water Index)三种多光谱植被指数。将计算得到的图像植被指数与地面实测NDVI进行相关性分析,以选取两种传感器的最优图像植被指数建立水稻纹枯病病害等级反演模型。相关性分析结果表明,基于多光谱传感器计算的图像NDVI与实测NDVI拟合度最高,接种区R^2为0.914, RMSE为0.024,侵染区R^2为0.863, RMSE为0.024。对于可见光传感器, NDI与实测NDVI的相关性最好,接种区R^2为0.875, RMSE为0.011,侵染区R^2为0.703, RMSE为0.014。比较两种传感器两种区域的同一图像植被指数与实测NDVI的一致性,除B~*外, NDI, ExR, ExG-ExR, G~*, ExG, R~*与实测NDVI基本属于高度相关,在病害严重的接种区,两种传感器对水稻纹枯病的监测效果相近,但在病害相对较轻的侵染区,多光谱传感器的监测更为精确灵敏。基于多光谱图像NDVI建立的病害等级反演模型,R^2达到0.624, RMSE为0.801,预测精度达到90.04%,模型效果良好。而基于可见光图像NDI建立的反演模型,R^2为0.580, RMSE为0.847,预测精度为89.45%,效果稍差。对比分析可见光与多光谱传感器的光谱响应曲线,可见光传感器可获取可见光范围的红、绿、蓝三个波段,波段范围互相重叠,多光谱传感器包含五个成像单元,可独立获取从可见光到近红外的五个窄波光谱波段,提供更加准确的光谱信息。比较传感器获取的接种区和侵染区水稻平均反射率曲线得出,多光谱传感器不仅在可见光波段反映了较可见光传感器更强的差异,在红边和近红外波段差异则更加明显,这说明专业窄波段传感器在病害监测方面较宽波段消费级传感器更有优势。综上所述,基于可见光与多光谱传感器的低空无人机遥感平台进行水稻纹枯病病害等级评估是可行的,多光谱传感器精确灵敏,可用于纹枯病的早期监测,可见光传感器效果稍差但经济易于推广。研究结果为病虫害防治提供决策支持,有助于推动实现精准农业,保障粮食安全。

电荷耦合器件图像传感器在军事成像系统中的应用

概述CCD图像传感器在各种军用成像系统中,的发展与应用。

地理因子对卫星成像质量影响预估方法研究

重点研究地理因子对卫星成像质量的影响,预估影响程度,为卫星规划调度提供辅助决策信息。本文分别分析光照、地形起伏、云层3个地理因子对可见光传感器成像质量的影响,给出考虑这些因素的可见光传感器辐射接收计算公式,并结合ArcGIS分析功能,建立了地理因子对可见光传感器成像质量影响预估模型。同时,考虑地形起伏对SAR成像的影响,给出了利用DEM数据求几何畸变系数的方法,利用ArcGIS建立地理因子对SAR成像质量影响预估模型。两个模型都给出了成像质量影响程度预估值计算方法,最后,本文基于ArcGIS软件实现其原型系统。