CN103177606A - 基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统 - Google Patents

Abstract

基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，包括日盲紫外光源系统、引航仪和显示系统；引航仪由三轴电子罗盘、光学成像模块和信息处理终端组成；三轴电子罗盘与光学成像模块相连，获取所述光学成像模块在转动时的各角度信息，并将角度信息传送给信息处理终端；光学成像模块由分光镜、可见光或红外光成像通道和日盲紫外光成像通道组成；分光镜将入射光线分成两束，使其分别进入可见光或红外光成像通道和日盲紫外成像通道，可见光或红外光成像通道接收可见光信号，输出可见光或红外光视频信号，日盲紫外光成像通道接收日盲紫外光信号，输出日盲紫外光视频信号，信息处理终端用于根据两路视频的数字信号，计算船舶的航行姿态数据和输出合成视频至显示系统。

Description

基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统

技术领域

本发明涉及船舶引航靠泊的技术，具体的说，涉及一种基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统。 

背景技术

日盲紫外波段是指紫外UVC波段中波长范围为190—290nm的部分。太阳发出的日盲紫外波段光点在穿越地球大气层的过程中受到臭氧层的强烈吸收，完全无法到达地面，因此日常情况下在地球表面附近完全没有日盲紫外波段的光信号。日盲紫外波段的探测器有很高的增益，又不受太阳光背景的影响，因此相比较可见光或红外光波段而言，日盲紫外探测器可以探测到更远更微弱的信号。同时日盲紫外波段的图像较为简单，完全没有环境背景，所拍摄到的图像几乎都为特定信号，这样大大降低了后续图像处理的工作量。 

日盲紫外波段有着很好的破雾能力，这已经在相关文献里得到了证实。我们经过实测也证实了日盲紫外探测技术可以实现能见度为100多米的雾天下定位600米外的日盲紫外光源。这是日盲紫外特性用于船舶破雾引航靠泊的基础。 

在水运领域，雾天严重影响着水运航道的通畅。不同港口和航道的水文条件有所差别，但是通常能见度小于1海里时船舶要减缓航行；能见度小于1000m时大型船舶应当停止航行，因此雾天不仅影响着船舶航行的安全，也严重影响着水运航道和港口物流的通畅（见《上海港长江口水域交通管理规则》第十条）。雾天下由于能见度较低，常常发生诸如大型船舶撞毁桥墩等严重事故，同时船舶过坝时也受到雾天的影响，雾天时船舶必须停止过坝。 

目前国内外常见的水运导航技术主要有ARPA、GPS、AIS、EDIS、雷达等。但对于水路运输而言，恶劣天气的影响是巨大的。如在雾天，ARPA雷达引航的准确性大大下降，特别是在船舶靠泊的过程中，由于雷达系统架设在船舶上的较高位置，在工作时只能探测较远处的情况而无法探测到和船舶距离越来越近的港口处的情况，因而无法进行引航和靠泊。 这就意味着一旦出现大雾等恶劣天气，船舶引航员肉眼无法观察前进路线情况时，港口只能采取封航的措施。 

长期以来引航员一直采用目视这种最直观的定位手段，通过观察岸标、浮筒等来判断船舶是否航行在航道中，但是目视瞭望往往受能见度和灯标亮度等条件影响，引航受到很大限制。引航员迫切需要更具有直观、便捷、适应引航要求的装备。因此，若能在船舶引航靠泊的过程中很好的应用日盲紫外光的“日盲”特性和破雾特性，将很好的解决上述问题，填补现有技术所存在的空缺。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是将日盲紫外波段光出色的破雾性能与水运领域相结合，提供基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，解决雾天下水运引航靠泊的安全问题，实现船舶的安全航行与靠泊。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，包括日盲紫外光源系统、引航仪和显示系统；所述日盲紫外光源系统包括若干日盲紫外光源；其特征是，所述引航仪由三轴电子罗盘、光学成像模块和信息处理终端组成；所述三轴电子罗盘与光学成像模块相连，获取所述光学成像模块在转动时的各角度信息，并将角度信息传送给信息处理终端； 

所述光学成像模块由分光镜、可见光或红外光成像通道和日盲紫外光成像通道组成；所述分光镜将入射光线按一定比例或波长分成两束，使其分别进入所述可见光或红外光成像通道和日盲紫外成像通道，所述可见光或红外光成像通道接收可见光信号或红外光信号，输出可见光或红外光视频数字信号，所述日盲紫外光成像通道接收日盲紫外光信号，输出日盲紫外光视频数字信号，所述信息处理终端用于根据两路视频的数字信号，计算船舶的航行姿态数据和输出合成信息至所述显示系统。 

作为本发明的进一步改进，所述引航仪中还设有视频采集模块；所述可见光或红外光 成像通道接收可见光信号或红外光信号，输出可见光或红外光视频模拟信号至视频采集模块，所述日盲紫外光成像通道接收日盲紫外光信号，输出日盲紫外光视频模拟信号至视频采集模块，所述视频采集模块采集上述两路通道的模拟视频信息，并将其转换成数字信号的视频，传送给所述信息处理终端。 

所述合成信息可以是可见光和日盲紫外光合成视频、船舶的航行姿态数据及辅助设备信息合成显示，也可以是将日盲紫外视频数字信号、可见光视频数字信号、计算所得航行姿态数据和水运电子海图或三维电子海图相结合，通过虚拟现实技术得到的仿真实景图。 

作为本发明的进一步改进，所述红外光成像通道为短波红外成像通道，其可以为日盲紫外图像提供更清晰的背景参考信息。 

作为本发明的进一步改进,所述的短波红外成像通道为InGaAs材料的面阵探测器或附着近红外滤光片的CCD/CMOS器件。 

所述若干日盲紫外光源安装在船舶上和港口码头泊位处、桥梁大坝的轮廓处、航道两侧等，该日盲紫外光源也可以按需要安装成特定的图案。日盲紫外光源可以为深紫外LED灯、低压汞灯、高压汞灯、卤钨灯等可以发出日盲紫外波段光的光源，其所发出的光波长范围涵盖190nm—290nm。本发明中日盲紫外灯光源还包括将日盲紫外波段激光器作为光源的情况。所述日盲紫外光源安装在船舶上是为了日盲紫外成像通道在转动时有一个初始位置，从该初始位置开始转动所得的角度可由三轴电子罗盘读取。 

所述日盲紫外光源除固定安装在设备上之外，也可以是移动的光源：可以安装在小车上、小船上或携带在码头人员身上等，在需要的时候移动到合适的位置。 

作为本发明的进一步改进，所述日盲紫外光源系统中还设有调制模块，所述调制模块和所述日盲紫外光源连接，用于调制日盲紫外光源的发光模式以对日盲紫外光源加载所需信息。优选地，其可以通过单片机或PC等控制终端实现，例如根据实际需求，控制日盲紫外光源的发光频率、发光强度或日盲紫外灯点亮时所组成的图案。 

作为本发明的进一步改进，所述引航仪中还设有辅助设备，辅助设备包含船载雷达、GPS等装置,用于获取输出船舶航行时的速度、航向、地理位置经纬度、吃水深度等航行信息并输出至信息处理终端。。此时,所述信息处理终端执行如下步骤： 

1）获取日盲紫外视频和可见光视频数字信号，进行可见光视频和日盲紫外视频的合成，得到同一场景下的实时视频合成信息； 

2）获取上述三轴电子罗盘转动时的角度，并对上述获取的日盲紫外视频数字信号进行计算，得到船舶的航行姿态数据，航行姿态数据包括船舶航行时和码头处日盲紫外光源的相对方位以及船舶与码头处日盲紫外光源的相对距离； 

3）将上述相对方位以及相对距离的信息叠加至上述可见光/日盲紫外合成视频上； 

4）从辅助设备获取所述航行信息，将所述航行信息叠加到上述已经合成的包含有船舶航行姿态数据的可见光/日盲紫外合成视频上。 

所述显示系统可以采用屏幕显示、投影显示、头戴显示、眼镜显示以及其他可行的多种显示方式。 

作为本发明的进一步改进,所述引航仪中的辅助设备通过GPS或AIS等实时获取水运电子海图或三维电子海图,以便信息处理终端通过虚拟现实技术输出引航的仿真实景图至所述显示系统。此时,所述信息处理终端执行如下步骤： 

1）获取日盲紫外视频数字信号和可见光视频数字信号； 

2）获取上述三轴电子罗盘转动时的角度，并对上述获取的日盲紫外视频数字信号进行计算，得到船舶的航行姿态数据，航行姿态数据包括船舶航行时和码头处日盲紫外光源的相对方位以及船舶与码头处日盲紫外光源的相对距离； 

3）从辅助设备获取所述航行信息； 

4）将日盲紫外视频数字信号、可见光视频数字信号、计算所得航行姿态数据和水运电子海图或三维电子海图相结合，通过虚拟现实技术输出引航的仿真实景图。 

本发明的有益效果在于，由于太阳的“日盲”紫外特性和日盲紫外光出色的破雾性能，通过引用本发明所述基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，能明显解决现行技术下船舶在雾天靠泊难度大以及现行技术中船舶引航靠泊装置受天气、环境等影响大的问题。即使在雾天，它也能为引航员提供更为直观、准确、安全的航行信息，便于引航员在雾天对船舶靠泊进行引航，也解决了雾天水运航道和港口物流的通畅问题。 

附图说明

图1为本发明实施例1引航系统的结构框图； 

图2为本发明日盲紫外光源在目标物上安装形式示意图； 

图3为本发明日盲紫外光源的另一种在目标物上安装形式示意图； 

图4为本发明实施例1引航仪的结构框图； 

图5为本发明信息处理终端算法流程图； 

图6为本发明实施例2引航仪的结构框图； 

图7为本发明雾天引航靠泊示意图； 

图8为本发明引航仪工作时的头戴显示方式示意图。 

具体实施方式

实施例1 

为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。 

参见图1，一种雾天下基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其包括日盲紫外光源系统1、引航仪2和显示系统3。 

日盲紫外光源系统1由若干日盲紫外光源1-1组成，这些日盲紫外光源被安装在航道两侧、桥梁大坝的轮廓处、港口码头处或船舶上等，主要用于标识出目标物的轮廓，这样其在发光时，观察者便可通过发光图案辨别出前方物体。将日盲紫外光源安装在船舶上是为了引航仪中的日盲紫外成像通道在转动时有一个初始参考位置，从该初始位置开始转动所得的 角度可由三轴电子罗盘读取，这将在下文进行描述。 

在本实施例中，优先选择将日盲紫外光源安装在港口码头处的标杆上（参见图2A，图2A中假设泊位长度为320m，相邻日盲紫外光源间隔40m，共9个日盲紫外光源标杆）和船体特征点（如船头、船尾和左右弦，参见图2B）。当然，日盲紫外光源的安装方式并不仅限于此。如可以在港口码头处将日盲紫外光源安装成倒“T”形（参见图3A）、船上的日盲紫外光源可以绕船身周围安装（参见图3B），或者日盲紫外光源也可以安装成“△”、“○”、“7”等图案。可以想象，日盲紫外光源的安装方式是多种多样的，只要有助于光源图案辨别即可。 

日盲紫外光源1-1还可以是移动的。如由人携带日盲紫外光源，在需要日盲紫外光源的时候站到合适的位置；或者在可移动小车上安装有日盲紫外光源，并在需要的时候将小车推至合适的位置；或者在小船上安装日盲紫外光源，由小船行驶到合适的位置提供光信号。或者其他可行的移动日盲紫外光源形式。 

日盲紫外光源1-1可以为深紫外LED灯或低压和高压汞灯灯管、卤钨灯、氘灯等可以发出日盲紫外波段光的光源，其所发出的光中大部分波长范围为190nm—290nm。本发明中日盲紫外光源1-1还包括将日盲紫外波段激光器作为光源的情况。本实施例中，优先选用深紫外LED灯，因为其功耗小、发光效率高，特别是其光谱范围集中在日盲紫外波段，同时具有良好的电调制特性，便于后续对日盲紫外光源进行光调制。 

在进一步实施例中，日盲紫外光源系统还包括用于对日盲紫外光信号进行调制的调制模块1-2，优选地，其可以通过单片机或PC等控制端实现。调制模块1-2与日盲紫外光源1-1相连，可以根据实际需求，调制日盲紫外光源的发光模式以对日盲紫外光源加载所需信息，如控制日盲紫外光源1-1的发光频率、发光强度，或者控制日盲紫外光源点亮时所组成的图案。如有多个泊位时，可以控制空泊位处的日盲紫外灯和非空泊位处的日盲紫外灯以不同形式点亮，以供引航员判别。 

参见图1，引航仪2主要由以下部件构成：三轴电子罗盘2-1、光学成像模块2-2、视频采集模块2-3、信息处理终端2-4。 

引航仪2还包括船载AIS、GPS、雷达、ECDIS等辅助设备2-5，用于获取输出船舶航行时的速度、航向、地理位置经纬度、吃水深度等航行信息并输出至信息处理终端，从而为船舶靠泊提供更多的参考信息。 

三轴电子罗盘2-1与光学成像模块2-2相连，可以准确地读出光学成像模块2-2在转动时的角度。三轴电子罗盘2-1还和信息处理终端2-4相连，从而将前述转动角度信息传送给信息处理终端2-4。光学成像模块2-2、视频采集模块2-3以及信息处理终端2-4依次相连，船载GPS、雷达、ECDIS等辅助设备2-5也和信息处理终端2-4相连，将辅助信息传送给信息处理终端，最终信息处理终端2-4和显示系统3相连，对上述所有信息进行实时显示。其中光学成像模块2-2可以对日盲紫外光信号和可见光或红外光信号成像，产生两路视频；视频采集模块2-3可以采集上述两路视频，并将其传送给信息处理终端2-4。信息处理终端2-4根据两路视频信息计算出船舶航行时的相关数据、对两路视频进行叠加合成，并结合船载GPS、雷达、ECDIS等辅助设备2-5给出的数据信息，为船舶提供引航靠泊所需信息。 

当引航仪2中不包含辅助设备2-5时，信息处理终端根据两路视频的数字信号，计算船舶的航行姿态数据和输出合成信息至所述显示系统，而不需要再结合辅助设备给出的各项数据信息。 

参见图4，为引航仪工作时的具体框图。环境的光线和日盲紫外光源发出的光线同时进入光学成像模块2-2，首先由光学成像模块2-2内的分光镜2-2-1将入射光线按一定比例或波长分成两束，使其分别进入日盲紫外成像通道2-2-2和可见光或红外光成像通道2-2-3。该可见光或红外光成像通道2-2-3可对雾天下的自然图景进行成像，很显然，在雾天或其他低能见度条件下，成像画面是很模糊的，若没有其他辅助信息，船舶是不能根据这种状况下获得的信息航行或靠泊的。该日盲紫外成像通道2-2-2只对波长为190-290nm的日盲紫外光信 号敏感，完全排除了其他环境背景干扰，从而日盲紫外通道成像通道2-2-2在工作时只探测到船舶自身安装的日盲紫外光源和码头泊位处安装的日盲紫外光源1-1所发出的光信号。继而，光学成像模块2-2会从日盲紫外成像通道2-2-2和可见光或红外光成像通道2-2-3分别输出模拟信号的日盲紫外视频和模拟信号的可见光或红外光视频。该光学成像模块2-2可采用以色列Ofil公司生产的

该产品是一个敏感的日盲紫外/可见光双波段探测成像装置。也可以采用江苏五维电子科技有限公司生产的日全盲紫外/可见光双通道成像模块。 

引航仪2中的视频采集模块2-3随后会采集分别从日盲紫外成像通道2-2-2和可见光或红外光成像通道2-2-3输出的两路模拟信号的视频，并将其转换成日盲紫外视频数字信号2-3-1和可见光或红外光视频数字信号2-3-2，传送给信息处理终端2-4。对于所属领域技术人员而言，视频采集模块2-3的功能和工作方式在本领域是众所周知的，因此此处不再详细描述视频采集模块2-3的工作流程。 

引航仪2中的信息处理终端2-4是一个微处理器，它主要执行以下功能：日盲紫外光信号处理和信息合成输出。日盲紫外光信号处理即根据日盲紫外视频数字信号计算船舶航行姿态数据，船舶航行姿态数据包括船舶航和码头处日盲紫外光源的相对方位以及船舶和码头处日盲紫外光源的相对距离。 

信息处理终端2-4在工作时按照图5所示流程图进行如下步骤（以日盲紫外视频和可见光视频为例）： 

1）获取日盲紫外视频数字信号2-3-1和可见光视频数字信号2-3-2；然后进行可见光视频和日盲紫外视频的合成，得到同一场景下的实时合成视频； 

2）获取上述三轴电子罗盘转动时的角度，并对上述获取的日盲紫外视频数字信号2-3-1进行计算，得到船舶的航行姿态数据，航行姿态数据包括船舶航行时和码头处日盲紫外光源的相对方位以及船舶与码头处日盲紫外光源的距离； 

3）将上述相对方位以及相对距离的信息叠加至上述可见光/日盲紫外合成视频上； 

4）从上述辅助设备获取所述航行信息（如船舶航行时的速度、航向、地理位置经纬度、吃水深度等），将所述航行信息叠加到上述已经合成的包含有船舶航行姿态数据的可见光/日盲紫外合成视频上。 

最终，信息处理终端保存这些数据，以便根据需要将其实时输出至显示频，或者以备后续查看分析时使用。在进一步实施例中，上述可见光或红外光成像通道也可选用短波红外成像通道。如应用于短波红外的的InGaAs材料的面阵探测器或附着近红外滤光片的CCD/CMOS器件，其在雾天拍摄到的图片比可见光成像拍到拍摄到的图片更为清晰，因而可以为日盲紫外图像提供更清楚的背景参考背景。 

按照本发明的技术理念，上述可见光或红外光成像通道也可以为微光成像通道、热红外成像通道，因为在夜晚使用时，红外光成像通道或微光成像通道可以提供比可见光成像通道更为清晰的成像信息。 

当光学成像模块2-2中的可见光成像通道为红外光成像通道或微光成像通道时，具体实施方法和本实施例所述相同，此处不再重复描述。 

以下提供一种由获取的数字信号的日盲紫外视频2-3-1计算船舶航行姿态数据的方法，但是应当理解，在实际应用中计算方法并不唯一，也不局限于此： 

1）读取数据：假设码头处每个日盲紫外光源在世界坐标系中对应的坐标（x_t,y_t,z_t）是事先设定好的，如（x_t,y_t,z_t）为日盲紫外光源实际的经度、纬度和海拔，并且码头处日盲紫外光源在船舶坐标系中的坐标为（x_b,y_b,z_b），在日盲紫外成像通道坐标系中的坐标为（x_c,y_c,z_c），该日盲紫外成像通道坐标系的原点和船舶坐标系的原点重合；最终码头处日盲紫外光源在成像面上的像面坐标为（x_i,y_i），（x_i,y_i）可以从数字信号的日盲紫外视频中读取。日盲紫外成像通道的焦距f是已知的；日盲紫外成像通道由正对船舶上的日盲紫外光源转向观看码头处日盲紫外光源时所转动的角度

可由三轴电子罗盘读出。 

2）计算码头处日盲紫外光源在日盲紫外成像通道坐标系中的坐标（x_c,y_c,z_c）：根据  $\left(\begin{array}{c}{X}_i\\ Y_i\end{array}\right)=-\frac{f}{Z_c}\left(\begin{array}{c}{X}_c\\ Y_c\end{array}\right)$ 解得（x_c,y_c,z_c）（其中大写形式的（X_i,Y_i）、（X_c,Y_c,Z_c）表示若干日盲紫外光源的坐标值组成的向量组，下同）； 

3）将码头处日盲紫外光源在日盲紫外成像通道坐标系中的坐标（x_c,y_c,z_c）转换成在船舶坐标系中的坐标（x_b,y_b,z_b）：根据 $\left(\begin{array}{c}{X}_c\\ Y_c\\ Z_c\end{array}\right)=R_c\left(\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\end{array}\right),$ 其中R_c为摄像机转动时的旋转矩阵，由

确定，而

是三轴电子罗盘给出的日盲紫外成像通道旋转的角度； 

4）由码头处日盲紫外光源在世界坐标系中的坐标（x_t,y_t,z_t）及其在船舶坐标系中的坐标（x_b,y_b,z_b），解得船舶和码头处日盲紫外光源的相对方位和距离：由 $\left(\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\end{array}\right)=R_B\left(\begin{array}{c}{X}_t\\ Y_t\\ Z_t\end{array}\right)+T_B$ 解得矩阵R_B和T_B。R_B反映了船舶和码头处日盲紫外光源在空间上的相对方位，T_B反映了船舶相对码头处日盲紫外光源的距离。 

采用此方法前，需要进行不同船舶姿态和距离下的一系列成像设备自标定，以建立像面坐标和日盲紫外光源坐标位置的关系。对本领域技术人员而言，成像设备自标定是一项成熟的技术，因此此处不再说明标定方法，而是利用标定好的日盲紫外成像通道来进行数据计算。 

基于上述步骤，能得到船舶和码头处日盲紫外光源的相对方位、相对距离，而在现行常规技术中，并不存在雾天下依据探测到的光源信息计算船舶航行姿态的技术。现行技术总主要依靠雷达等无线电手段获取船舶航行时的相关信息，但无线设备不仅存在背景噪声，也很容易受到雨雪天气或海浪杂波等信号的干扰，因此本发明中的技术对雾天船舶引航靠泊而言具有很好的优势。 

当然，考虑到在实际使用过程中日盲紫外光源的安装方式不同，其中所涉及到的计算公式根据实际情况会有改变。本实施例只是选取其中一个较佳实施例来说明，并不代表在该 发明中只能用上述计算公式。 

显示系统3的输出形式包含屏幕显示、投影显示、头戴显示和眼镜显示等。其显示内容来自引航仪2中信息处理终端2-4给出的实时航行信息。 

实施例2 

本实施例与实施例1基本相同，所不同的是引航仪2由三轴电子罗盘2-1、光学成像模块2-2和信息处理终端2-4组成，即引航仪2中不包含视频采集模块2-3，引航仪2中的可见光或红外光成像通道2-2-3和日盲紫外成像通道2-2-2直接输出数字视频至信息处理终端2-4，如图6所示。 

实施例3 

一种雾天下基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其包括日盲紫外光源系统1、引航仪2和显示系统3。 

日盲紫外光源系统1和显示系统3与实施例1中的相同。与实施例1中不同的是，引航仪2中信息处理终端2-4输出的信息不是日盲紫外/可见光的合成视频，而是经过虚拟现实技术处理的引航仿真实景图。 

在本实施例中，引航仪中的辅助设备2-5通过GPS或AIS等实时获取水运电子海图或三维电子海图,并将其传送至信息处理终端。此时,所述信息处理终端2-4执行如下步骤：1）获取日盲紫外视频数字信号和可见光视频数字信号； 

2）获取三轴电子罗盘转动时的角度，并对上述获取的日盲紫外视频数字信号进行计算，得到船舶的航行姿态数据，航行姿态数据包括船舶航和码头处日盲紫外光源的相对方位以及船舶与码头处日盲紫外光源的距离； 

3）从辅助设备获取所述航行信息； 

4）将日盲紫外视频数字信号、可见光视频数字信号、计算所得航行姿态数据和水运电子海图或三维电子海图相结合，通过虚拟现实技术输出引航的仿真实景图。 

可以想象，在没有实际参照物的情况下，船舶不能仅仅根据水运电子海图或三维电子海图在茫茫大雾中航行。但是有了上述可见光视频和日盲紫外视频信息后，船舶就可以根据视频上所显示的场景判别该水运电子海图或三维电子海图是否正确。如果电子海图中的目标物轮廓能够与可见光视频、日盲紫外视频信息中的目标物轮廓相匹配，那么船舶可以据此信息实现雾天下的引航靠泊等。当然，辅助设备2-5也可以提供实施例1中所述的船舶在水文环境中的地理位置、船舶航行时的速度以及吃水深度等信息。在进一步实施例中，若显示器不需要显示经过信息处理之后的视频时，也可直接采用目镜观察外界实景。以下给出本发明的一个具体工作过程： 

参见图7，为船舶靠泊时的具体工作场景。在船体前后、左右弦上和港口码头处安装有日盲紫外光源1-1。在船上安装有引航仪2和显示系统3。引航仪2中的光学成像模块2-2与三轴电子罗盘2-1相连并架设在船体适当位置，可以清晰地探测到船体和港口泊位处的日盲紫外光信号。引航仪2中的视频采集模块2-3、信息处理终端2-4和辅助设备2-5都装备在船舶驾驶室。 

当雾天下航行的船只需要靠泊时，其首先通过无线电等远程通信方式告知港口水运基站处。当水运基站处接收到船舶发来的信号时，会点亮码头泊位处的日盲紫外光源，作为船舶靠泊时的引航信号。 

随后，船舶接收到水运基站处的反馈信息，得知码头泊位处的日盲紫外光源信号特征，并点亮本船上的日盲紫外光源，此时引航仪2开始工作。 

光学成像模块2-2中可见光或红外光成像通道会探测到雾天下较为模糊的场景，其日盲紫外成像通道会探测到港口泊位处和本船上的日盲紫外信号，且仅有日盲紫外信号，完全排除其他背景噪声的干扰。这两路模拟信号的视频会被传送到船舶驾驶室，经视频采集模块2-3转换成数字信号的视频并传送给信息处理终端2-4。信息处理终端2-4按照上述具体实施方式中所描述的步骤进行相应处理，得到船舶航行时相对码头处日盲紫外光源的方位、距离 等信息，并将两路视频进行合成叠加后传送给显示系统3；或者将经过虚拟现实技术处理的仿真实景图传送给显示系统3。 

最终显示系统3会显示来自信息处理终端2-4的合成信息。在本实施例中，其输出形式为屏幕显示。当然，本实施例中描述的此显示方式并不能用以限定本发明理念所可能采取的其他显示方式。 

在进一步实施例中，本发明也可采用采用头戴显示方式。参考图8，除日盲紫外光源外，其他部分包含光学成像模块2-2、信息处理终端2-4和眼镜显示器3。其中本发明所述引航仪分为两部分：光学成像模块2-2安置在引航员头顶，入射光轴方向与引航员视线方向保持一致，确保其有真实的视觉体验；信息处理终端2-4放在引航员腰部、背包里等，它执行上述引航仪功能中的视频采集、信息处理等，并将合成信息回传至引航员所带眼镜显示器3。眼镜显示器3由引航员配戴，以观察船舶航行时的日盲紫外/可见光或红外光双通道合成图景。 

本发明也包含下述应用情况：不仅用于雾天下船舶靠泊，还可用于雾天下船舶在水路中航行时观测航道，此时，只要在航道两侧处安装日盲紫外光源作为航标即可。按照本发明理念，也可将引航仪安装在水运基站处（如港口码头、航道监控中心等）。水运基站可以监控船舶姿态、管理航运秩序并接受船舶发送的信号。 

以上所介绍的仅为本发明专利的较佳实施例而已，当然，在夜晚或雨雪等恶劣天气情况下本发明所述方法仍然适用。因此不能以此来限定本发明专利的权利范围，依本发明专利权利要求所做的等同变化，仍属于本发明专利所涵盖的范围。 

Claims (12)

1.基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，包括日盲紫外光源系统、引航仪和显示系统；

所述日盲紫外光源系统包括若干日盲紫外光源；其特征是，所述引航仪由三轴电子罗盘、光学成像模块和信息处理终端组成；所述三轴电子罗盘与光学成像模块相连，获取所述光学成像模块在转动时的各角度信息，并将角度信息传送给信息处理终端；

所述光学成像模块由分光镜、可见光或红外光成像通道和日盲紫外光成像通道组成；所述分光镜将入射光线按一定比例或波长分成两束，使其分别进入所述可见光或红外光成像通道和日盲紫外成像通道，所述可见光或红外光成像通道接收可见光信号或红外光信号，输出可见光或红外光视频数字信号，所述日盲紫外光成像通道接收日盲紫外光信号，输出日盲紫外光视频数字信号，所述信息处理终端用于根据两路视频的数字信号，计算船舶的航行姿态数据和输出合成信息至所述显示系统。

2.根据权利要求1所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述合成信息为可见光和日盲紫外光合成视频以及船舶的航行姿态数据显示。

3.根据权利要求1所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述红外光成像通道为短波红外成像通道。

4.根据权利要求1所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述日盲紫外光源系统中还设有调制模块，所述调制模块和所述日盲紫外光源连接，用于调制日盲紫外光源的发光模式以对日盲紫外光源加载所需信息。

5.根据权利要求1所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述引航仪中还设有辅助设备，用于获取输出船舶航行时的速度、航向、地理位置经纬度、吃水深度信息并输出至信息处理终端。

6.根据权利要求1所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述显示系统采用屏幕显示、投影显示或眼镜显示。

7.根据权利要求1所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述引航仪中还设有视频采集模块；所述可见光或红外光成像通道接收可见光信号或红外光信号，输出可见光或红外光视频模拟信号至视频采集模块，所述日盲紫外光成像通道接收日盲紫外光信号，输出日盲紫外光视频模拟信号至视频采集模块，所述视频采集模块采集上述两路通道的模拟视频信息，并将其转换成数字信号的视频，传送给所述信息处理终端。

8.根据权利要求3所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述的短波红外成像通道为InGaAs材料的面阵探测器或附着近红外滤光片的CCD/CMOS器件。

9.根据权利要求5所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述辅助设备获取的航行信息中包括通过GPS或AIS实时获取的水运电子海图或三维电子海图。

10.根据权利要求5所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述信息处理终端执行如下步骤：

1）获取日盲紫外视频和可见光视频数字信号，进行可见光视频和日盲紫外视频的合成，得到同一场景下的实时视频合成信息；

2）获取上述三轴电子罗盘转动时的角度，并对上述获取的日盲紫外视频数字信号进行计算，得到船舶的航行姿态数据，航行姿态数据包括船舶航行时和码头处日盲紫外光源的相对方位以及船舶与码头处日盲紫外光源的相对距离；

3）将上述相对方位以及相对距离的信息叠加至上述可见光/日盲紫外合成视频上；

4）从辅助设备获取所述航行信息，将所述航行信息叠加到上述已经合成的包含有船舶航行姿态数据的可见光/日盲紫外合成视频上。

11.根据权利要求9所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述合成视频为将日盲紫外视频数字信号、可见光视频数字信号、计算所得航行姿态数据和水运电子海图或三维电子海图相结合，通过虚拟现实技术得到的仿真实景图。

12.根据权利要求9所述的基于日盲紫外光信号的引航靠泊系统，其特征是，所述信息处理终端执行如下步骤：

1）获取日盲紫外视频数字信号和可见光视频数字信号；

2）获取上述三轴电子罗盘转动时的角度，并对上述获取的日盲紫外视频数字信号进行计算，得到船舶的航行姿态数据，航行姿态数据包括船舶航行时和码头处日盲紫外光源的相对方位以及船舶与码头处日盲紫外光源的相对距离；

3）从辅助设备获取所述航行信息；

4）将日盲紫外视频数字信号、可见光视频数字信号、计算所得航行姿态数据和水运电子海图或三维电子海图相结合，通过虚拟现实技术输出引航的仿真实景图。

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