CN103513252A - 一种便携式声学图像观测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式声学图像观测系统，包括电子舱和声学图像传感器探头两部分，其中，电子舱包括数据接收控制单元、显示屏、开关组和电池组；显示屏用以显示的声学图像、目标信息和系统工作状态信息；开关组控制系统工作模式的切换，起人机交互的作用；电池组确保系统在蛙人远离基岸或无法通过外接电源供电时也满足使用需要；声学图像传感器探头用于获取水下环境(含目标)的声图像。本发明具有操作简单、便于携带的特点，适用于蛙人的水下作业，有效地扩展蛙人潜水作业的观测范围，提高作业效率。

Description

一种便携式声学图像观测系统
技术领域
本发明涉及声学图像观测领域，尤其涉及一种便携式声学图像观测系统，该系统可用于蛙人潜水作业时的声学图像探测。
背景技术
蛙人在潜水作业时，其可视范围只有3-5米，因此，如果不加以辅助的图像观测系统，蛙人将处于观察视野小、目标搜索慢的不利状况中，这将大大增加蛙人对水下未知目标的探测难度（包括目标的速度、形状、方位估计等）。因此，能够同时满足大视场的环境监视和目标搜索，和小视场的目标识别、跟踪的声学图像观测系统，在蛙人潜水作业中将会起到重要的辅助作用。
声波是一种水下信息传输的有效载体。水下目标探测技术是利用水下目标对于声波的反射特性，接收水下目标反射的声信号，经过对声信号相应处理获得水下目标的方位以及距离信息。目前这类水下目标探测系统一般基于通用的信号处理平台（如通用计算机），配以通用的操作系统下的显示程序，能够达到高分辨率的成像要求，但是，由于这种系统体积较大，不方便携带，并不适用于潜水作业时使用。针对潜水作业的蛙人，这类水下目标探测系统显然不能满足其体积小、重量轻、易于携带、操作方便等多方面要求。
发明内容
为了克服蛙人在水下潜水作业中观察视野小的问题，本发明提供一种蛙人用声学图像观测系统。
一方面，一种便携式声学图像观测系统，包括：电子舱和声学图像传感器探头，其中，所述声学图像传感器探头用于探测水下物体形成声学图像，并将所述形成到的声学图像的数据发送给所述电子舱；所述电子舱是水密封装的，包括：数据接收控制单元，用于接收所述声学图像传感器探头发送的所述数据，并根据所述数据确定所述声学图像；显示屏，与所述数据接收控制单元相连用于显示所述声学图像。
优选的，所述的电子舱还包括：开关组和电池组，其中，所述数据接收控制单元还用于根据所述声学图像确定目标信息；所述显示屏还用于显示所述目标信息和系统工作状态信息；所述的开关组用于向所述的数据接收控制单元发送系统开关以及系统工作模式切换的指令。
可选的，所述数据接收控制单元包括：核心处理板和外接端口；其中，所述核心处理板通过所述外接接口接收所述声学图像传感器电缆发送的所述数据，对所述数据进行解码后获得所述声学图像。
优选的，所述数据接收控制单元用于在确定目标信息之后，确定所述目标信息对应的目标在所述声学图像中的位置；所述显示屏用于在所述声学图像中显示出可疑目标位置。
优选的，所述开关组包括多个按键开关。
可选的，所述电池组能够支持所述系统连续工作的时间超过预定时间。
可选的，所述声学图像传感器探头包括单波束机械扫描声纳的声头，用于获取水下环境的声图像。
优选的，所述显示屏包括以下之一：液晶屏和有机发光二极管OLED屏。
本发明提供的系统具有操作简单、便于携带的特点，适用于蛙人的水下作业，有效地扩展蛙人潜水作业的观测范围，提高作业效率。
附图说明
图1是便携式声学图像观测系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供了一种蛙人用便携式声学图像观测系统，包括：电子舱和声学图像传感器探头两部分。所述的电子舱水密封装，通过电缆与所述的声学图像传感器相连。所述的蛙人用便携式声学图像观测系统可以安装于蛙人的头盔上，便于蛙人观察和携带；也可以根据需要选择其他的安装位置。该系统不仅能通过对水下环境的声学成像，使蛙人能够观察到30-40米内的水下目标，而且具有体积小、重量轻、易于携带、分辨率高、操作方便的特点，便于蛙人作业时使用。
所述的电子舱由数据接收控制单元、液晶屏、开关组和电池组组成。所述的液晶屏通过通用接口与所述的数据接收控制单元相连，接收用以显示的声学图像、目标信息和系统工作状态信息；所述的开关组通过通用接口向所述的数据接收控制单元发送系统开关以及系统工作模式切换的指令；以上两部分起到了人机交互的作用。
所述的数据接收控制单元是系统的核心，包括核心处理板和扩展接口两部分。为了满足观测系统体积小、重量轻的特点，数据接收控制单元采用嵌入式硬件和软件体系结构。采用嵌入式系统作为系统的控制和处理核心，以嵌入式操作系统作为系统的处理平台。所述的核心处理板通过所述的扩展接口接收所述的声学图像传感器通过电缆发送来的声学图像数据，经数据解码和处理后在所述的液晶屏上显示出声学图像，并将控制指令以同样的路径回传给所述的声学图像传感器，控制其扫描范围、扫描速度、探测距离、发射功率、增益控制等成像参数的设定。为了进一步提高蛙人对水下环境和目标的观察能力，更好地辅助蛙人作业，数据接收控制单元还需要对传感器获取的声学图像进行图像处理，以提高图像的质量，并实现对探测区域内可疑目标的自动提取。
作为系统的数据监视平台，所述的液晶屏用于显示处理后的声学图像，通过通用接口接收嵌入式系统发送的控制命令以及数据信息，提示发现的可疑目标相关信息，并标注出可疑目标的相对位置，同时所述的液晶屏也具备系统状态的提示功能，以便时刻用户了解系统的工作状态，及时排障。
所述的开关组由多个按键开关组成，可根据用户需求通过通用接口向所述的数据接收控制单元发送相应的控制指令，负责完成系统开关和显示模式切换的任务。所述的声学图像观测系统支持多个显示模式的切换，可以选择不同的成像参数，以满足大视场的环境监视和目标搜索，和小视场的目标识别、跟踪的不同工作任务要求。
所述的电池组可支持系统多小时的连续工作，确保系统在蛙人远离基岸或无法通过外接电源供电时也满足使用需要。
单波束机械扫描声纳具有体积小、重量轻、成像质量高、功耗低的特点。所述的声学图像传感器采用单波束机械扫描声纳的声头，用于获取水下环境（含目标）的声图像。所述的声学图像传感器通过电缆将获取的声学图像数据发送给所述的数据接收控制单元，同时返回其成像信息的设置命令。
优选的，上述液晶屏也可以使用其他显示屏代替，例如，有机发光二极管OLED屏等。
本发明实施例能够实现以下技术效果：(1)系统支持根据环境预装订成像参数，支持根据不同的需求工作模式的任意切换；蛙人可以实时获得大范围的水下环境（含目标）信息，通过对大视场的环境监视，缩短目标搜索的时间；一旦目标锁定，也可以通过显示模式的切换获得小视场、高分辨率的目标识别、跟踪信息，提高观测精度。(2)系统能够实时显示声学图像，具有目标自主识别、标定以及方位、距离信息提示的功能，大大降低蛙人水下目标搜索的难度。系统还同时提供系统自身工作状态的实时信息，便于系统故障的及时排除。(3)系统同时还具有操作简单、便于携带的特点，适用于蛙人的水下作业，有效地扩展蛙人潜水作业的观测范围，提高作业效率。
本发明实施例还提供了一种蛙人用便携式声学图像观测系统，如图1所示，该系统包括电子舱和声学图像传感器探头两部分，该电子舱包括数据接收控制单元、液晶屏、开关组和电池组。所述的数据控制单元用于控制所述的液晶屏进行信息显示、用于获取所述的开关组提供的控制信号、用于读取从所述的声学图像传感器探头获得的水下声学图像数据、用于发送声学图像传感器控制信号；所述的液晶屏用于显示系统状态、目标信息标识、成像参数以及声纳数据；所述的开关组用于控制系统启动关闭、系统工作模式等任务的切换；所述的电池组用以支持系统数小时的正常工作；以上四部分均固定于电子舱内，水密封装。所述的声学图像传感器探头用以获取水下环境（含目标）的声图像。
所述的声学图像传感器探头通过扩展接口以及电缆与所述的数据接收控制单元连接；所述的液晶屏通过通用接口与所述的数据接收控制单元连接；所述的开关组通过通用接口连接所述的数据接收控制单元；所述的电池组通过与所述的数据接收控制单元连接给电子舱其它部分供电。
所述的声学图像传感器探头采用单波束机械扫描声纳的声头，通过电缆将获取的声学图像数据发送给所述的数据接收控制单元，同时其返回其成像信息的设置命令。单波束机械扫描声纳具有体积小、重量轻、成像质量高、功耗低的特点，满足系统各项指标的要求。
所述的数据接收控制单元是系统的核心，包括核心处理板和扩展接口两部分。为了满足观测系统体积小、重量轻的特点，数据接收控制单元采用嵌入式硬件和软件体系结构。采用嵌入式系统作为系统的控制和处理核心，以嵌入式操作系统作为系统的处理平台。所述的核心处理板通过所述的扩展接口收所述的声学图像传感器通过电缆发送来的声学图像数据，经数据解码和处理后在所述的液晶屏上显示出声学图像，并将控制指令以同样的路径回传给所述的声学图像传感器，控制其扫描范围、扫描速度、探测距离、发射功率、增益控制等成像参数的设定。
所述的液晶屏上分别显示系统状态、目标信息标识、成像参数以及声纳数据四种类型的信息。状态提示能够为用户提供声纳、串口、帧数以及目标有无等信息；当数据中存在目标信息时，目标的方位信息和距离信息将在目标信息标识区显示。由于瞄准系统在工作时是由蛙人在水下操作，无法通过显示界面实施复杂的参数设定操作，因此系统对成像参数的设置必须采用预先装订的方式。在电子舱上仅通过按钮进行开关机等必要操作，读取预先装订好的成像参数，并显示在指定区域。所述的数据接收控制单元根据设定的成像信息，将收到的量化数据以位图的形式显示在液晶屏的指定位置。图像声纳尽管有较高的分辨率，但由于成像机理的制约，以及受到水质和复杂水下环境的影响，图像中仍然会有较多的噪声和干扰，因此应用有效的预处理技术，以为提高图像信息质量。声散射较强的区域，即可疑目标区域对应着声纳图像中的亮区。同时，当探测到较大物体时，在一定角度下，由于物体对入射声波的遮挡作用，可能形成探测的盲区，在声纳图像中表现为暗区或阴影区。亮区和可能存在的阴影区共同组成了感兴趣区域。配合目标信息标示区，在声纳数据显示过程中，将目标区域合理框出。
所述的开关组由两个外部切换按键组成：开关机切换键控制系统开关，系统开启后软件自动初始化，读取预装订的成像参数，接收传感器发出的广播消息，更新传感器内置软件版本。扫描范围切换键控制系统扫描的范围；切换至大范围扫描后，控制单元向传感器发送扫描大扇面的控制命令，接收声图像数据，进行图像处理后显示在液晶屏上；切换至小范围扫描后，控制单元向传感器发送扫描小扇面的控制命令，接收声图像数据，进行图像处理后显示在液晶屏上。
所述的电池组可支持系统多小时的连续工作，确保系统在蛙人远离基岸或无法通过外接电源供电时也满足使用需要。
上述实施例仅是本发明的优选实施例，并不用于限定本发明的保护范围。在上述实施例的基础上，本领域技术人员能够做出一些变型，这些变型也应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种便携式声学图像观测系统，其特征在于，包括：电子舱和声学图像传感器探头，其中，
所述声学图像传感器探头用于探测水下物体形成声学图像，并将所述形成到的声学图像的数据发送给所述电子舱；
所述电子舱是水密封装的，包括：数据接收控制单元，用于接收所述声学图像传感器探头发送的所述数据，并根据所述数据确定所述声学图像；显示屏，与所述数据接收控制单元相连用于显示所述声学图像。
2.根据权利要求1所述的便携式声学图像观测系统，其特征在于，所述的电子舱还包括：开关组和电池组，其中，
所述数据接收控制单元还用于根据所述声学图像确定目标信息；
所述显示屏还用于显示所述目标信息和系统工作状态信息；
所述的开关组用于向所述的数据接收控制单元发送系统开关以及系统工作模式切换的指令。
3.根据权利要求1或2所述的便携式声学图像观测系统，其特征在于：所述数据接收控制单元包括：核心处理板和外接端口；其中，
所述核心处理板通过所述外接接口接收所述声学图像传感器电缆发送的所述数据，对所述数据进行解码后获得所述声学图像。
4.根据权利要求2所述的便携式声学图像观测系统，其特征在于：
所述数据接收控制单元用于在确定目标信息之后，确定所述目标信息对应的目标在所述声学图像中的位置；
所述显示屏用于在所述声学图像中显示出可疑目标位置。
5.根据权利要求2所述的便携式声学图像观测系统，其特征在于：所述开关组包括多个按键开关。
6.根据权利要求2所述的便携式声学图像观测系统，其特征在于：所述电池组能够支持所述系统连续工作的时间超过预订时间。
7.根据权利要求1至6任一项所述的便携式声学目标探测系统，其特征在于：所述声学图像传感器探头包括单波束机械扫描声纳的声头，用于获取水下环境的声图像。
8.根据权利要求1至6任一项所述的便携式声学目标探测系统，其特征在于：所述显示屏包括以下之一：液晶屏和有机发光二极管OLED屏。
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