study of image sensor communication in turbid water

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02372
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: SAWA Takao 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 研究プラットフォーム運用開発部門, 主任研究員 (50359139)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 武内 伴照 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 環境技術開発センター 材料試験炉部, 研究職 (00516825) ; 小澤 佑介 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (20634215) ; 後藤 慎平 東京海洋大学, 学術研究院, 助教 (90772939)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 水中光無線 / イメージセンサ / LED / R-CNN

Outline of Final Research Achievements

In order to realize underwater image sensor communication using color　information, we performed theoretical analysis of the light propagating from the LED to the sensor using the RGB-LED array as the transmitter and the image sensor as the receiver.
The strength of the received signal under disturbance was estimated by computer simulation. In addition, we tried to detect the RGB-LED array on the captured image using R-CNN by machine learning, photographed the RGB-LED array installed underwater with an underwater camera, and checked the difference in detection accuracy depending on the array pattern of the LED.
Based on these results, we devised a method for estimating the brightness from an image taken in an overexposed state, and obtained a patent for color multivalued communication using this method.

Free Research Field

海洋工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果によって，水中における短距離高速通信を実現する水中イメージセンサ通信の基本的な特性を把握し，通信における電力効率やＬＥＤアレイの適切な配置に関しての知見を得る事が出来た．また機械学習によるＬＥＤアレイの発見や復号を試み，従来方式と比較して有利な点を確認した．
本研究成果を用いれば，水中の高速無線通信を特別な装置を用いず安価に実現可能である．水中ロボットの遠隔制御やダイバー間のコミュニケーション手段に応用可能で，水中wi-fi技術として有望であることを明らかとした．