(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210581601.0 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 西安邮电大 学 地址 710061 陕西省西安市长安 南路563号 申请人 中国船舶重 工集团公司第七0五研 究所 (72)发明人 杨祎　贺锋涛　刘浩宇　徐钰锟　 张建磊　王烨　王晓波　朱云周　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 张晓博 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/232(2006.01) H04N 5/235(2006.01)H04B 10/116(2013.01) (54)发明名称 一种水下高速成像与高速通信协同工作系 统及方法 (57)摘要 本发明属于水下成像技术领域， 公开了一种 水下高速成像与高速通信协同工作系统及方法， 包括高速短脉冲曝光成像模块和大功率无线光 数据传输模块； 高速短脉冲曝光成像模块包括摄 像头、 大功率光源调制和驱动单元、 FPGA主控单 元和光学透镜； 大功率无线光数据传输模块包括 大功率光源驱动单元、 FPGA主控单元、 光学发射 天线和接收端； FPGA主控单元用于实现高速短脉 冲曝光信号与摄像头快门的协同工作。 本发明可 以做到单路20w的大功率输出和0.5us的短脉冲 曝光时间， 可在全向辐照范围内实现高速成像； 采用水下可见光双模式系统， 大功率LED光既可 以作为摄像头的闪光灯， 又可以作为高速数据传 输的光源系统。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 115225788 A 2022.10.21 CN 115225788 A 1.一种水下高速成像与高速通信协同工作系统， 其特征在于， 所述水下高速成像与高 速通信协同工作系统包括高速短脉冲曝光成像模块和大功率无线光数据传输模块； 所述高速短脉冲曝光成像模块包括摄像头、 大功率光源调制和驱动单元、 FPGA主控单 元和光学透镜， 所述FPGA主控 单元分别与摄像头、 12路大功率光源调制、 驱动单元和接收单 元连接； 所述摄像头用于对图像进 行采集， 并将数据传输于FPGA主控单元， 大功 率光源驱动 单元用于实现全视场内的光源覆盖及短脉冲成像控制； 所述大功率无线光数据传输模块包括大功率光源调制、 驱动单元、 FPGA主控单元、 光学 发射天线和接收端， 所述大功 率光源调制、 驱动单元用于构建数据传输所需的光链路， 完成 电光转换， 将信号进行光调制并利用光学发射天线发送到 接收端； 所述FPGA主控单 元用于实现高速短脉冲曝光信号与摄 像头快门的协同工作。 2.如权利要求1所述的水下高速成像与高速通信协同工作系统， 其特征在于， 所述大功 率光源驱动单 元包括12路光源驱动阵列， 所述12路光源驱动阵列 均匀分布在摄 像头外侧。 3.如权利要求1所述的水下高速成像与高速通信协同工作系统， 其特征在于， 所述光学 透镜分为12组， 所述 光学透镜散射全角为3 0°， 于0.5米处达 到全视场角的覆盖 。 4.如权利要求1所述的水下高速成像与高速通信协同工作系统， 其特征在于， 所述FPGA 主控单元利用高速短脉冲信号驱动大功率光源驱动单元为CMOS摄像机提供微秒级的曝光 成像时间。 5.如权利要求1所述的水下高速成像与高速通信协同工作系统， 其特征在于， 所述FPGA 主控单元将 摄像头采集到的图像信息进 行图像信号的处理与编 码， 由12路差分信号口同时 传输至大功率 光源调制、 驱动单 元。 6.如权利要求1所述的水下高速成像与高速通信协同工作系统， 其特征在于， 所述接收 端包括光学接收系统、 信号处理模块和VGA显示模块， 所述接收端包括光学接收系统、 信号 处理模块和VGA显示模块， 所述光学接收系统采用大感光面的光电倍增管作为探测器提高 灵敏度， 并采用高速限幅放大器实现电信号的差分输出， 最终通过FPGA主控单元将信号转 换， 通过以太网接口输出到VGA显示模块。 7.一种用于实施权利要求1～6任意一项所述的水下高速成像与高速通信协同工作系 统的水下高速成像与高速通信协同工作方法， 其特征在于， 所述水下高速成像与高速通信 协同工作方法包括： 当处于高速成像模式时， FPGA主控单元同时给摄像头与大功率光源驱动单元触发信 号， 摄像头 打开快门开始进 行图像数据采集， 同时大功 率光源驱动单元驱动LED进 行一次微 秒级别的曝光， 摄像头在这个微妙级短脉冲照明时间内完成一次快速成像， 同时将数据传 入存储模块； 当处于数据传输模式时， FPGA主控单元给调制大功率光源驱动单元发出指令， 令大功 率光源驱动单元持续工作， 实现数据的电光转换， 最后通过光学发射天线， 将信号通过水下 自由空间发射至 接收端； 在接收端， 光学接收系统对接收到的光信号进行收集送入信号处理模块， 利用光电接 收电路实现光电转换， 再分别通过放大系统对信号进行处理， 利用FPGA主控单元将信号转 换， 通过以太网接口输出到 接收显示端。 8.一种计算机设备， 其特征在于， 所述计算机设备包括存储器和处理器， 所述存储器存权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115225788 A 2储有计算机程序， 所述计算机程序被所述处理器执行时， 使得所述处理器执行如权利要求7 所述的水 下高速成像与高速通信协同工作方法。 9.一种计算机可读存储介质， 存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时， 使 得所述处理器执行如权利要求7 所述的水 下高速成像与高速通信协同工作方法。 10.一种信息数据处理终端， 其特征在于， 所述信息数据处理终端用于实现如权利要求 7所述的水 下高速成像与高速通信协同工作方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115225788 A 3