CN105187716A - 一种深海摄像自动标尺系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种深海摄像自动标尺系统及方法，通过在海底形成一段设定长度的激光射线，实现在深海摄像时对海底物体尺寸的准确标示，包括吊挂固定装置、耐压箱体、耐压玻璃、电缆，耐压装置内包括单片机、高度计、姿态传感器、一字线激光器、固定轴、电机、遮光板、支撑杆、转轴。该系统可准确、便捷的应用于深海摄像时对海底物体尺寸的标定。本发明结构合理、操作方便、自动化程度高，能够准确显示特定尺寸在海底的长度，可有效解决目前海底摄像资料现场分析误差大，后期资料处理步骤繁琐、耗时长、人力消耗大等不足，在大洋科考时可为电视抓斗对海底物体进行选择性抓取时的现场决策、海底摄像资料的后期分析处理提供可靠依据。

Description

一种深海摄像自动标尺系统及方法

技术领域

本发明涉及一种深海摄像自动标尺系统及方法，可集成于海底摄像托体、深海电视抓斗等设备上，在进行深海海底摄像时对海底物体尺寸的标定。

背景技术

海底摄像技术主要应用于大洋海底探测，目前主要的方法有海底摄像托体、深海电视抓斗、ROV、AUV等，可以将海底地貌及沉积环境特征实时、直观的显示给海洋调查人员，是圈定大洋中锰结核、富钴结壳、热液硫化物等的分布范围，研究海底起伏、断崖、裂缝等微地貌的特征和分布等的重要手段。海底摄像技术可以大大提高海底采样的针对性和成功率，且具有较高的工作效率；随着我国对海洋资源需求的不断增加，海底摄像作为重要的直观观测调查手段，有着广阔的应用前景。

而对于海底摄像资料的现场或后期处理，很重要的一个步骤就是对海底摄像获取视频中的鱼、虾、珊瑚等生物及岩石、热液硫化物、锰结核、富钴结壳的大小进行评估。目前评估视频中物体大小的方法主要有两种，一种是根据每一个拍摄画面中物体占整个画面的百分比、摄像头离海底高度来计算海底物体的尺寸，另一种是通过在摄像头下方一定距离处系一特定长度的标志物来对比确定海底物体的尺寸。

在实际应用过程中，以上两种方法均存在明显的不足。

第一种方法，通过每一个拍摄画面中物体占整个画面的百分比，同时结合摄像头距离海底的高度，虽可以较为准确的计算海底物体的尺寸，但由于海底水动力环境复杂、海底起伏较大，每一帧画面拍摄时的摄像头离底高度和倾斜角度均有差别，用该方法计算海底物体尺寸时，需要对每一个拍摄画面进行单独计算，步骤繁琐、工作量大，需要耗费大量的人力和时间，限制了该方法在海底物体现场观测中的应用。

第二种方法，即在摄像头下方一定距离处系一特定长度标志物的方法简便易行，适用于对海底物体尺寸的现场观测及海底摄像资料的后期处理。但该方法适用范围小、数据误差大，仅在标志物离海底非常近、且离底高度保持不变的情况下才可以较准确的标定海底物体的尺寸，当标志物离海底距离较远或海底起伏较大时，利用这种方法标定的海底物体的尺寸与实际尺寸之间会产生较大的偏差，直接影响了观测数据的准确性，造成现场电视抓斗抓取失败、后续数据分析及评价结果错误、海洋资源量估算失真，给海洋科考、海洋资源调查带来重大损失。

因此，提出一种可准确标示海底物体尺寸、操作方便、便于集成的深海摄像自动标尺系统，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种深海摄像自动标尺系统及方法，以填补目前深海摄像时没有海底物体自动标尺的空白。

一种深海摄像自动标尺系统，包括甲板控制单元，其特征在于还包括耐压箱体，所述耐压箱体顶端设有吊挂固定装置、底部为耐压玻璃，所述耐压箱体内还设有单片机、一字线激光器、电机和固定轴，所述一字线激光器的激光头与耐压玻璃垂直；所述固定轴位于一字线激光器的下部；位于一字线激光器的激光头下方左右两侧各有一块遮光板，遮光板分别经由两根支撑杆来支撑，两根支撑杆连接于套置在固定轴上的转轴，该转轴通过电机驱动而实现遮光板对一字线激光的遮挡；所述耐压箱体顶部还连接有电缆，该电缆上设有光电复合缆接口。

所述一字线激光器可以发射红光和蓝光两种颜色，以根据海底环境的不同进行切换。

所述的耐压箱体内还设有高度计和姿态传感器。

利用上述系统进行深海摄像自动标尺的方法，其特征在于包括以下步骤：

1、首先检查系统外观、电缆连接等是否正常，通过吊挂固定装置将系统安装于深海海底摄像托体或深海电视抓斗上，通过光电复合缆接口与船上的铠装光缆连接；

2、通过甲板控制单元启动通讯，一字线激光器、电机、遮光板的工作状态进行检查，检查完成后，通过甲板控制单元关闭该系统；

3、将安装有摄像装置的深海海底摄像托体或深海电视抓斗放入海中，待设备离海底50m以内时，通过甲板控制单元启动系统，系统各装置进入工作状态，一字线激光器发光；

4、通过甲板控制单元向单片机发出控制信号，单片机开启电机以驱动用于遮挡激光头的遮光板，使一字线激光器发出的激光在海底投射出所需的标尺长度；

5、当电视抓斗成功抓取样品或深海摄像托体工作完成后，通过甲板控制单元关闭深海摄像自动标尺系统；

6、系统回收至甲板后，利用淡水对其进行清洗，同时对系统外观、深水电缆进行检查。

显然，本发明结构合理、可准确标示海底物体尺寸、操作方便、便于集成到不同的海底摄像设备上，较以往方法技术具有测量准确、方便直观、自动化程度高等优点。本发明使用时，通过在甲板控制系统中设定所需的标尺长度，即可在海底形成一段所需长度的光亮线段，来实现在深海摄像时对海底物体尺寸的准确标示，不受摄像装置在海中运动前行以及海底地形变化的影响。相当于在摄像画面中增加了准确的比例尺，极大的方便了电视抓斗对海底物体进行实时选择性抓取，以及对海底摄像资料进行后期分析处理。可有效解决目前海底摄像资料现场分析误差大，后期资料处理步骤繁琐、耗时长、人力消耗大等不足，为大洋科考的现场决策和后期资料处理提供可靠保证。

附图说明

图1是本发明的耐压箱体的结构示意图。

图2是本发明的基本结构示意图。

图3是本发明的一字线激光器及遮光板部分的侧视图。

其中，1、吊挂固定装置，2、耐压箱体，3、耐压玻璃，4、支撑杆，5、电缆，6、光电复合缆接口，7、单片机，8、转轴，9、高度计，10、姿态传感器，11、一字线激光器，12、固定轴，13、电机，14、遮光板。

具体实施方式

如图1-3所示，一种深海摄像自动标尺系统，包括甲板控制单元，其特征在于该装置包括有将其安装于海底摄像托体或电视抓斗上的吊挂固定装置1，连接在吊挂固定装置上的由耐压箱体2、耐压玻璃3组成的耐压装置，及由电缆(5)和光电复合缆接口6组成的供电通讯单元，耐压装置内包括单片机(7)，高度计9和姿态传感器10，以及由一字线激光器11、固定轴12、电机13、遮光板14、支撑杆4及绕在固定轴12上的转轴8组成。

上述吊挂固定装置1可快速的将本发明装置集成于深海海底摄像托体或深海电视抓斗等装置上，该系统供电和通信均通过船上的铠装光缆提供。

考虑到本发明作为深海摄像的辅助系统，由耐压箱体2、耐压玻璃3组成的耐压装置能够耐受60MPa压力，可以在6000米以浅海域使用。

甲板控制单元可以对系统的工作状态、标尺显示尺寸以及红、蓝激光之间的切换进行控制，单片机7可以对高度计9、姿态传感器10和电机13进行控制，进而调整遮光板14的角度，对海底一定尺寸进行自动标定显示，保证海底标尺长度准确，不受摄像装置在海中运动前行以及海底地形变化的影响。

上述一字线激光器11可提供红光和蓝光两种颜色，可根据海底沉积环境和沉积物(或岩石)颜色进行切换，两种颜色激光的切换可以通过甲板控制系统完成。

本发明利用了一字线激光器与遮光板，通过在海底形成一段设定长度的激光射线，可以准确、便捷地应用于深海摄像时对海底物体尺寸的标示。

使用本发明时，基本的操作步骤如下：

1、首先检查系统外观、深水电缆连接等是否正常，通过吊挂固定装置1将设备安装于深海海底摄像托体或深海电视抓斗等装置上，通过光电复合缆接口6与船上的铠装光缆连接。

2、打开甲板控制程序，启动通讯，对高度计9、姿态传感器10、一字线激光器11、电机13、遮光板14等的工作状态进行检查，同时检查甲板控制单元对红、蓝光之间切换、系统运行、标尺显示尺寸等的控制是否正常。检查完成后，通过甲板控制单元关闭系统。

3、将深海海底摄像托体或深海电视抓斗等摄像装置放入海中，待设备离海底50m以内时，通过甲板控制单元启动系统，系统各装置进入工作状态，一字线激光器发光。

4、根据摄像监控画面中沉积环境和沉积类型选择合适的激光颜色，根据系统离海底高度、研究对象的大小等在甲板控制系统中设定所需的标尺长度，自动标尺系统即可在海底稳定的形成一段设定长度的激光射线。

5、当电视抓斗成功抓取样品或深海摄像托体工作完成后，通过甲板控制单元关闭深海摄像自动标尺系统。

6、设备回收至甲板后，利用淡水对其进行清洗，同时对系统外观、深水电缆等进行检查。

Claims (4)

1.一种深海摄像自动标尺系统，包括甲板控制单元，其特征在于还包括耐压箱体(2)，所述耐压箱体(2)顶端设有吊挂固定装置(1)、底部为耐压玻璃(3)，所述耐压箱体(2)内还设有单片机(7)、一字线激光器(11)、电机(13)和固定轴(12)，所述一字线激光器(11)的激光头与耐压玻璃(3)垂直；所述固定轴(12)位于一字线激光器(11)的下部；位于一字线激光器(11)的激光头下方左右两侧各有一块遮光板(14)，遮光板(14)分别经由两根支撑杆(4)来支撑，两根支撑杆(4)连接于套置在固定轴(12)上的转轴(8)，该转轴(8)通过电机(13)驱动而实现遮光板(14)对一字线激光的遮挡；所述耐压箱体(2)顶部还连接有电缆(5)，该电缆(6)上设有光电复合缆接口(6)。

2.如权利要求1所述的深海摄像自动标尺系统，其特征在于所述一字线激光器(11)可以发射红光和蓝光两种颜色，可根据海底环境的不同进行切换。

3.如权利要求1所述的深海摄像自动标尺系统，其特征在于所述的耐压箱体(2)内还设有高度计(9)和姿态传感器(10)。

4.利用权利要求1所述的系统进行深海摄像自动标尺的方法，其特征在于包括以下步骤：

1、首先检查系统外观、电缆连接等是否正常，通过吊挂固定装置(1)将系统安装于深海海底摄像托体或深海电视抓斗上，通过光电复合缆接口(6)与船上的铠装光缆连接；

2、通过甲板控制单元启动通讯，一字线激光器(11)、电机(13)、遮光板(14)的工作状态进行检查，检查完成后，通过甲板控制单元关闭该系统；

3、将安装有摄像装置的深海海底摄像托体或深海电视抓斗放入海中，待设备离海底50m以内时，通过甲板控制单元启动系统，系统各装置进入工作状态，一字线激光器发光；

4、通过甲板控制单元向单片机发出控制信号，单片机开启电机以驱动用于遮挡激光头的遮光板，使一字线激光器发出的激光在海底投射出所需的标尺长度；

5、当电视抓斗成功抓取样品或深海摄像托体工作完成后，通过甲板控制单元关闭深海摄像自动标尺系统；

6、系统回收至甲板后，利用淡水对其进行清洗，同时对系统外观、深水电缆进行检查。