基于北斗的一体式图像传输系统

技术领域

本发明属于北斗图像传输技术领域，具体涉及基于北斗的一体式图像传输系统。

背景技术

北斗短报文的作用非常的显著和重要。在普通移动通讯信号不能覆盖的地区(如无人区，荒漠，海洋，极地等)或通讯基站遭受破坏的情况(如地震，洪水，台风等)，装有北斗短报文模块的北斗终端就可以通过短报文进行紧急通讯在国防，民生，应急救援等领域发挥了巨大的作用。北斗系统的短报文通信，是指北斗地面终端和北斗卫星、北斗地面监控总站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递，通信以短报文(类似手机短信)为传输基本单位，是北斗卫星导航系统附带的一项功能特性，随着北斗系统的完善，现在北斗系统可以实现对图像信息进行传输，为了生产和检测等各个方面提供了较大的便利性，便于实现环境的检测等问题，然而市面上各种的北斗图像传输技术仍存在各种各样的问题。

如授权公告号为CN115914587A所公开的基于北斗短报文技术的工程现场图像传输方法及系统，其虽然实现了就地预处理，降低了图像传输对北斗三号短报文信道的带宽资源消耗，可应用于无信号区域内或弱信号区域内工程现场图像传输，但是并未解决现有北斗图像传输中存在的不能够有效的实现对图像进行处理，降低传输带宽，降低功耗，无法实现加密安装传输等的问题，为此我们提出基于北斗的一体式图像传输系统。

发明内容

本发明的目的在于提供基于北斗的一体式图像传输系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于北斗的一体式图像传输系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有检测模块，所述检测模块中包括有星光摄像头，所述星光摄像头用于实现对环境进行图像采集，所述处理模块用于实现对所述星光摄像头采集到的图像信息进行计算处理，提高图像信息的传输速率和降低传输带宽的占比，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有北斗定位终端，所述北斗定位终端用于实现对系统的位置进行定位，所述控制模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上通讯连接有卫星基站，所述卫星基站与北斗模块通讯模块，所述北斗模块与所述通讯模块通讯连接，所述通讯模块用于实现对图像信息进行传输通讯，所述卫星基站用于对图像信息进行接收后传输给所述北斗模块，所述北斗模块用于实现对图像信息和地图位置信息进行传输给远程终端；

所述处理模块中包括有接收单元、滤波单元、图像识别模块、特征选取单元、压缩单元、解压单元、转换单元、加密单元、解密单元和滤波单元，所述接收单元用于实现对数据信息进行获取，所述滤波单元用于实现对图像信息进行滤除杂波，所述图像识别模块用于实现对图像信息进行识别处理，所述特征选取单元用于实现对图像的特征进行截取，减少图像信息的容量，所述压缩单元用于实现对图像信息进行压缩处理，所述解压单元用于实现对数据信息进行解压处理，所述转换单元用于实现对图像信息进行模数转换，所述加密单元用于实现对图像进行进行加密处理，提高传输安全性，所述解密单元用于实现对数据信息进行解密处理，所述滤波单元用于实现对图形信息和数据信息进行滤除杂波处理，所述解密单元和所述解压单元用于实现对控制指令进行解密和解压处理，所述压缩单元和所述加密单元用于实现对图形信息进行加密和加压处理，以实现低功耗和高效的传输，并且实现安全性的传输。

优选的，所述控制模块上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有供电模块，所述调压模块中包括有用于实现对所述供电模块的电压进行降低的降压电路，包括有用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路，包括有用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路，包括有用于实现对供电电压进行稳定输出的稳压电路。

优选的，所述供电模块中包括有市电网和绿色发电系统，所述绿色发电系统中包括有太阳能电池板、DC-DC转换器和电池模块，所述太阳能电池板用于接收太阳光照进行发电，所述DC-DC转换器用于实现对所述太阳能电池板的发电量进行调节，所述电池模块用于实现对所述太阳能电池板的发电量进行存储，并且通过所述调压模块进行供电。

优选的，所述辅助模块中还包括有用于实现对数据信息进行显示的显示器，包括有用于实现对系统进行调控的控制按键，包括有用于实现对系统的运行状态进行指示的指示灯，包括有用于实现对异常情况进行报警的声光报警器，包括有用于实现对系统进行复位重启的复位电路。

优选的，所述辅助模块中还包括有存储器，所述存储器中包括有用于实现系统的运行程序体进行存储的ROM存储器，包括有用于实现对数据信息进行存储的RAM存储器，包括有用于实现对数据信息进行缓存的缓存存储器。

优选的，所述通讯模块和所述卫星基站之间的通讯采用的是5G通讯网络，所述北斗模块上电性连接有北斗通讯发送终端，所述远程终端上电性连接有北斗通讯接收终端，所述北斗通讯发送终端和所述北斗通讯接收终端之间进行通讯，实现对图像信息进行传输。

优选的，所述图像识别单元采用的是深度卷积神经网络进行计算处理，所述深度卷积神经网络的计算公式如下；

则输入的图片矩阵以及后面的卷积核,特征图矩阵都是方阵,设输入矩阵大小为w，卷积核大小为k，步幅为s，补零层数为p，则卷积后产生的特征图大小计算公式为：

输入公式为：

V＝cos v2(W,X,"valid")+b，

输出公式为：

上面的输入输出公式是对每一个卷积层而言的，每一个卷积层都有一个不同的权重矩阵W，并且W，X，Y是矩阵形式，对于最后一层全连接层，设为第L层,输出是向量形式的y

优选的，所述特征选取单元用于实现对特征提取，采用的是灰度统计特征；

所述灰度统计特征即取图像(N×N)中任意一点(x，y)及偏离它的另一点(x+a，y+b)，设对的灰度值为(g1，g2)，令点(x，y)在整个画面上移动，则会得到各种(g1，g2)值，设灰度值的级数为k，则(g1，g2)的组合共有k的平方种；对于整个画面，统计出每一种(g1，g2)值出现的次数，然后排列成一个方阵，再用(g1，g2)出现的总次数将它们归一化为出现的概率P(g1，g2)，方阵称为灰度共生矩阵，距离差分值(a，b)取不同的数值组合，得到不同情况下的联合概率矩阵，(a，b)取值要根据纹理周期分布的特性来选择，对于较细的纹理，选取(1，0)、(1，1)、(2，0)小的差分值；

当a＝1，b＝0时，像素对是水平的，即0度扫描；当a＝0，b＝1时，像素对是垂直的，即90度扫描；当a＝1，b＝1时，像素对是右对角线的，即45度扫描；当a＝-1，b＝1时，像素对是左对角线，即135度扫描；

这样，两个象素灰度级同时发生的概率，就将(x，y)的空间坐标转化为灰度对(g1，g2)的描述，形成了灰度共生矩阵；

灰度共生矩阵进行了如下的归一化：

优选的，所述压缩单元和解压单元采用的算法是基于卷积神经网络的图像压缩解压方法和基于循环神经网络的图像压缩解压方法；

所述基于卷积神经网络的图像压缩解压方法是通过卷积核的大小来限制输出参数的多少，在图像中都存在空间组织结构，图像中的一个像素点在空间上与周围的像素点都有紧密的关系，稀疏连接借鉴这一关系只接受相互有关联的区域作为像素点的输入，之后将所有神经元接收到的局部信息在更深层的网络进行综合，得到全局的信息，从而降低了参数，也降低计算的复杂程度；

所述基于循环神经网络的图像压缩解压方法中包括有Encoder编码、Binarizer二值化、Decoder解码，首先对输入图像进行编码，然后将其转换成二进制代码，存储或传输到解码器；编码部分由一个CNN和三个RNN构成，Encoder解码器网络根据接收到的二进制代码创建原始输入图像的估计值；Binarizer二值化部分主要通过一个RNN进行，Decoder解码部分使用卷积-循环网络的结构对信号进行迭代来恢复原图像，在迭代的过程中权值共享，并且每次迭代都会产生一个二值化的比特数，同时在每次迭代中，网络从当前的残差中提取新的信息，并将其与存储在循环层的隐藏状态中的上下文相结合，通过这些信息实现图像的重建。

优选的，所述加密单元和所述解密单元采用的是AES加密算法，所述AES加密算法采用的是CTR模式，所述CTR模式加密是对一系列输入数据块进行加密，产生一系列的输出块，输出块与明文异或得到密文，对于最后的数据块，是长u位的局部数据块，且u位就将用于异或操作，而剩下的b-u位将被丢弃，且b表示块的长度，CTR解密类似，假定计数表示为T1,T2,…,Tn，CTR模式定义如下：

CTR加密公式如下：

Cj＝Pj XOR Ek(Tj)；

C*n＝P*n XOR MSBu(Ek(Tn))j＝1，2…n-1；

CTR解密公式如下：

Pj＝Cj XOR Ek(Tj)；

P*n＝C*n XOR MSBu(Ek(Tn))j＝1，2…n-1；

加密方式：密码算法产生一个16字节的伪随机码块流，伪随机码块与输入的明文进行异或运算后产生密文输出，密文与同样的伪随机码进行异或运算后重产生明文。。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在使用的时候，将星光摄像头和北斗终端直接连在一起，实现了一体化的设计，且星光摄像头借助宇宙光纤微光，克服以往光闪灯的问题，从而可以在光线较暗的环境下进行拍摄和录制，并采用了超高效的压缩和解压算法，即基于卷积神经网络的图像压缩解压方法和基于循环神经网络的图像压缩解压方法，以实现低功耗和高效的传输，从而可以在低带宽条件下实现图像传输和展示，此外，嵌入加密算法和解密算法，即通过AES加密算法实现对图像信息进行加密和解密处理，以保证数据传输的安全性，以及通过图像识别单元的深度卷积神经网络和特征选取单元的灰度统计特征，实现对图像进行计算处理，便于图像在传输之前进行处理，便于后续北斗模块结合地图信息进行传输给终端模块，以实现远程传输。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的调压模块示意图；

图3为本发明的处理模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图3，本发明提供一种技术方案：基于北斗的一体式图像传输系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有检测模块，所述检测模块中包括有星光摄像头，所述星光摄像头用于实现对环境进行图像采集，所述处理模块用于实现对所述星光摄像头采集到的图像信息进行计算处理，提高图像信息的传输速率和降低传输带宽的占比，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有北斗定位终端，所述北斗定位终端用于实现对系统的位置进行定位，所述控制模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上通讯连接有卫星基站，所述卫星基站与北斗模块通讯模块，所述北斗模块与所述通讯模块通讯连接，所述通讯模块用于实现对图像信息进行传输通讯，所述卫星基站用于对图像信息进行接收后传输给所述北斗模块，所述北斗模块用于实现对图像信息和地图位置信息进行传输给远程终端；

所述处理模块中包括有接收单元、滤波单元、图像识别模块、特征选取单元、压缩单元、解压单元、转换单元、加密单元、解密单元和滤波单元，所述接收单元用于实现对数据信息进行获取，所述滤波单元用于实现对图像信息进行滤除杂波，所述图像识别模块用于实现对图像信息进行识别处理，所述特征选取单元用于实现对图像的特征进行截取，减少图像信息的容量，所述压缩单元用于实现对图像信息进行压缩处理，所述解压单元用于实现对数据信息进行解压处理，所述转换单元用于实现对图像信息进行模数转换，所述加密单元用于实现对图像进行进行加密处理，提高传输安全性，所述解密单元用于实现对数据信息进行解密处理，所述滤波单元用于实现对图形信息和数据信息进行滤除杂波处理，所述解密单元和所述解压单元用于实现对控制指令进行解密和解压处理，所述压缩单元和所述加密单元用于实现对图形信息进行加密和加压处理，以实现低功耗和高效的传输，并且实现安全性的传输。

为了实现对系统进行有效的供电运行，并且实现在进行供电过程中进行有效的调节电压，本实施例中，优选的，所述控制模块上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有供电模块，所述调压模块中包括有用于实现对所述供电模块的电压进行降低的降压电路，包括有用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路，包括有用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路，包括有用于实现对供电电压进行稳定输出的稳压电路。

为了实现对多种方式进行供电，并且实现对系统进行绿色供电运行，本实施例中，优选的，所述供电模块中包括有市电网和绿色发电系统，所述绿色发电系统中包括有太阳能电池板、DC-DC转换器和电池模块，所述太阳能电池板用于接收太阳光照进行发电，所述DC-DC转换器用于实现对所述太阳能电池板的发电量进行调节，所述电池模块用于实现对所述太阳能电池板的发电量进行存储，并且通过所述调压模块进行供电。

为了实现对系统进行更加便捷的操作控制，本实施例中，优选的，所述辅助模块中还包括有用于实现对数据信息进行显示的显示器，包括有用于实现对系统进行调控的控制按键，包括有用于实现对系统的运行状态进行指示的指示灯，包括有用于实现对异常情况进行报警的声光报警器，包括有用于实现对系统进行复位重启的复位电路。

为了实现对系统的数据信息进行分类存储，便于提高存储的效率和提取的效率，防止数据信息发生混乱，本实施例中，优选的，所述辅助模块中还包括有存储器，所述存储器中包括有用于实现系统的运行程序体进行存储的ROM存储器，包括有用于实现对数据信息进行存储的RAM存储器，包括有用于实现对数据信息进行缓存的缓存存储器。

为了实现对有效的通讯传输，提高传输的高效性，本实施例中，优选的，所述通讯模块和所述卫星基站之间的通讯采用的是5G通讯网络，所述北斗模块上电性连接有北斗通讯发送终端，所述远程终端上电性连接有北斗通讯接收终端，所述北斗通讯发送终端和所述北斗通讯接收终端之间进行通讯，实现对图像信息进行传输。

为了实现对图像信息的识别，对图像信息进行计算处理，本实施例中，优选的，所述图像识别单元采用的是深度卷积神经网络进行计算处理，所述深度卷积神经网络的计算公式如下；

则输入的图片矩阵以及后面的卷积核,特征图矩阵都是方阵,设输入矩阵大小为w，卷积核大小为k，步幅为s，补零层数为p，则卷积后产生的特征图大小计算公式为：

输入公式为：

V＝cos v2(W,X,"valid")+b，

输出公式为：

上面的输入输出公式是对每一个卷积层而言的，每一个卷积层都有一个不同的权重矩阵W，并且W，X，Y是矩阵形式，对于最后一层全连接层，设为第L层,输出是向量形式的y

为了实现对图像信息进行特征提取，本实施例中，优选的，所述特征选取单元用于实现对特征提取，采用的是灰度统计特征；

所述灰度统计特征即取图像(N×N)中任意一点(x，y)及偏离它的另一点(x+a，y+b)，设对的灰度值为(g1，g2)，令点(x，y)在整个画面上移动，则会得到各种(g1，g2)值，设灰度值的级数为k，则(g1，g2)的组合共有k的平方种；对于整个画面，统计出每一种(g1，g2)值出现的次数，然后排列成一个方阵，再用(g1，g2)出现的总次数将它们归一化为出现的概率P(g1，g2)，方阵称为灰度共生矩阵，距离差分值(a，b)取不同的数值组合，得到不同情况下的联合概率矩阵，(a，b)取值要根据纹理周期分布的特性来选择，对于较细的纹理，选取(1，0)、(1，1)、(2，0)小的差分值；

当a＝1，b＝0时，像素对是水平的，即0度扫描；当a＝0，b＝1时，像素对是垂直的，即90度扫描；当a＝1，b＝1时，像素对是右对角线的，即45度扫描；当a＝-1，b＝1时，像素对是左对角线，即135度扫描；

这样，两个象素灰度级同时发生的概率，就将(x，y)的空间坐标转化为灰度对(g1，g2)的描述，形成了灰度共生矩阵；

灰度共生矩阵进行了如下的归一化：

为了实现对图像性进行解压和加压处理，便于进行降低传输的压力，本实施例中，优选的，所述压缩单元和解压单元采用的算法是基于卷积神经网络的图像压缩解压方法和基于循环神经网络的图像压缩解压方法；

所述基于卷积神经网络的图像压缩解压方法是通过卷积核的大小来限制输出参数的多少，在图像中都存在空间组织结构，图像中的一个像素点在空间上与周围的像素点都有紧密的关系，稀疏连接借鉴这一关系只接受相互有关联的区域作为像素点的输入，之后将所有神经元接收到的局部信息在更深层的网络进行综合，得到全局的信息，从而降低了参数，也降低计算的复杂程度；

所述基于循环神经网络的图像压缩解压方法中包括有Encoder编码、Binarizer二值化、Decoder解码，首先对输入图像进行编码，然后将其转换成二进制代码，存储或传输到解码器；编码部分由一个CNN和三个RNN构成，Encoder解码器网络根据接收到的二进制代码创建原始输入图像的估计值；Binarizer二值化部分主要通过一个RNN进行，Decoder解码部分使用卷积-循环网络的结构对信号进行迭代来恢复原图像，在迭代的过程中权值共享，并且每次迭代都会产生一个二值化的比特数，同时在每次迭代中，网络从当前的残差中提取新的信息，并将其与存储在循环层的隐藏状态中的上下文相结合，通过这些信息实现图像的重建。

为了实现对图像信息进行加密和解密处理，便于实现安全性的传输，本实施例中，优选的，所述加密单元和所述解密单元采用的是AES加密算法，所述AES加密算法采用的是CTR模式，所述CTR模式加密是对一系列输入数据块进行加密，产生一系列的输出块，输出块与明文异或得到密文，对于最后的数据块，是长u位的局部数据块，且u位就将用于异或操作，而剩下的b-u位将被丢弃，且b表示块的长度，CTR解密类似，假定计数表示为T1,T2,…,Tn，CTR模式定义如下：

CTR加密公式如下：

Cj＝Pj XOR Ek(Tj)；

C*n＝P*n XOR MSBu(Ek(Tn))j＝1，2…n-1；

CTR解密公式如下：

Pj＝Cj XOR Ek(Tj)；

P*n＝C*n XOR MSBu(Ek(Tn))j＝1，2…n-1；

加密方式：密码算法产生一个16字节的伪随机码块流，伪随机码块与输入的明文进行异或运算后产生密文输出，密文与同样的伪随机码进行异或运算后重产生明文。

本发明的工作原理及使用流程：在使用的时候，通过供电模块和调压模块实现对控制模块进行供电运行，然后控制模块通过处理模块实现对控制指令进行传输，即通过解密单元和加压单元对指令进行处理，然后实现对检测模块进行控制调节，使得检测模块便于实现对环境进行检测，即星光摄像头借助宇宙光纤微光，克服以往光闪灯的问题，从而可以在光线较暗的环境下进行拍摄和录制，然后通过处理模块实现对图像信息进行处理，即接收单元用于实现对数据信息进行获取，滤波单元用于实现对图像信息进行滤除杂波，图像识别模块用于实现对图像信息进行识别处理，特征选取单元用于实现对图像的特征进行截取，减少图像信息的容量，压缩单元用于实现对图像信息进行压缩处理，解压单元用于实现对数据信息进行解压处理，转换单元用于实现对图像信息进行模数转换，加密单元用于实现对图像进行进行加密处理，提高传输安全性，解密单元用于实现对数据信息进行解密处理，滤波单元用于实现对图形信息和数据信息进行滤除杂波处理，解密单元和解压单元用于实现对控制指令进行解密和解压处理，压缩单元和加密单元用于实现对图形信息进行加密和加压处理，以实现低功耗和高效的传输，并且实现安全性的传输，然后通过通讯模块中的5G网络实现与卫星基站进行通讯连接，便于卫星基站将图像数据信息传输给北斗模块，且北斗模块通过北斗定位终端确定位置，然后北斗模块通过北斗通讯发送模块和远程终端上的北斗通讯接收模块实现对图像数据信息进行传输，便于实现对远程传输；

该系统适用于多种应用场景，例如动物检测、电力巡检、边防巡逻和林场监测等。对于林场监测，该系统还可以加入红外测温功能，以监测是否出现火情。对于普通应用，例如大巴、河流等场景，该系统可以用普通摄像头进行监控，并将图像转换成短报文的形式发出，以实现远程传输。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。