CN105225271A - 一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，包括远程服务器、水下图像采集系统，远程服务器与水下图像采集系统通过无线网络连接；水下图像采集系统包括Linux操作系统、S3C6410板、板载外设接口、设置在待测水域并进行图像采集的采集设备、USB模块以及3G模块，S3C6410板分别连接Linux操作系统和板载外设接口，板载外设接口连接USB模块和3G模块，USB模块连接采集设备。本发明使得研发人员能借助显微相机，无线网络及PC机对浮游生物进行实时动态地监测，通过无线网络传送至服务器，同时把微生物显微相片进行存档，对浮游生物进行三维重构，以一种三维立体化呈现。

Description

一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，涉及一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统。

背景技术

浮游生物是水域生态系统的重要组成部分。浮游生物包括属于初级生产力的浮游植物和属于次级生产力的浮游动物，是自然界中的一个庞大而复杂的生态类群。在海洋水域和人造水产养殖水域中，浮游生物不仅对一些特定生物的生长和发育影响重大，在水域食物链中占有极其重要的作用，而且可以作为研究海洋地质，海底石油资源，海流指示种的基础性研究课题，对后者的研究提供参考和帮助。

对于浮游生物的观测与研究的传统方法主要是采集水体样本至实验室，借助于显微镜对其生命特征及具体构造进行观测分析，这类方法不具有实时性，且水样获取及观测操作步骤较为繁琐，浪费了大量人力物力，观测结果不能够立体直观的呈现给相关领域的研究人员，从研究方法上限制和阻碍了对浮游生物的实时性观测和研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，解决以往不方便对浮游生物进行实时性观察的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，包括远程服务器、水下图像采集系统，所述远程服务器与水下图像采集系统通过无线网络连接；

所述的水下图像采集系统包括Linux操作系统、S3C6410板、板载外设接口、设置在待测水域并进行图像采集的采集设备、USB模块以及3G模块，所述的S3C6410板分别连接Linux操作系统和板载外设接口，S3C6410板的作用是运行Linux操作系统，所述板载外设接口连接USB模块和3G模块，所述USB模块连接采集设备；

所述远程服务器经3G模块向采集设备发送图像采集指令，以启动水下图像采集系统对该水域浮游生物进行显微照相，所述的水下图像采集系统经3G模块向远程服务器发送采集到的浮游生物图片，所述远程服务器接受3G模块传递来的图像数据，并对图片中的浮游生物进行三维重构，使浮游生物可以三维立体态实时呈现。

进一步的，所述的远程服务器安装有HALCON软件以及VC++6.0，所述HALCON软件对3G模块传输来的图像数据进行图像分析，所述远程服务器经VC++6.0做出MFC三维演示。

进一步的，所述的采集设备为双目相机，所述双目相机具有两USB接口，所述USB模块包括第一USB模块和第二USB模块，所述第一USB模块和第二USB模块分别与双目相机的两个USB接口连接，所述第一USB模块和第二USB模块均与板载外设接口连接。

进一步的，所述水下图像采集系统还包括设置在目标水域的PH值传感器、温度传感器以及含氧量传感器，所述的PH值传感器、温度传感器以及含氧量传感器分别与板载外设接口连接。

进一步的，所述水下图像采集系统还包括机械传动模块、外接存储设备以及LED模组，所述机械传动模块、外接存储设备以及LED模组分别与板载外设接口连接。

进一步的，所述水下图像采集系统还包括BSP板级支持包和U-BOOT，所述U-BOOT与BSP板级支持包连接，所述BSP板级支持包与Linux操作系统连接，所述BSP板级支持包为Linux系统启动提供支持。

进一步的，所述水下图像采集系统还包括RAM存储设备和Flash存储设备，所述RAM存储设备、Flash存储设备均和S3C6410板连接，所述RAM存储设备为为64M的SDRAM，所述Flash存储设备为128M的NandFlash；

Linux操作系统未启动时，U-BOOT和Linux操作系统都存储于128M的NandFlash中，64M的SDRAM此时未存储任何数据；当系统启动时，首先运行的是U-BOOT，U-BOOT会把linux操作系统转移至SDRAM中，同时把Linux操作系统中的一些已初始化数据区转移至SDRAM中，并且把相应地址范围内的未初始化数据区清零，U-BOOT随后启动linux操作系统，此时linux操作系统接手整个系统的管理工作。

进一步的，所述的Linux操作系统包括功能程序模块和外设级驱动模块，所述功能程序模块包括视频采集模块、H.264编码压缩处理模块、3G模块及数据传输模块、传感器数据采集模块以及机械传动模块的控制模块。

进一步的，所述的Linux操作系统还包括功能相关的板级驱动模块。

进一步的，所述的双目相机设置滑杆上，所述滑杆上端连接主浮体，所述双目相机的下方的双目聚焦区下方设置有闪光灯。

本发明的有益效果是：对水域浮游生物的观测和研究提供了更为直观有效的实现方法，使得研发人员可以借助显微摄像机，无线网络及PC机对浮游生物进行实时动态的监测，通过无线网络传送至服务器端，同时可把微生物显微相片进行存档，对浮游生物进行三维重构，让浮游生物以一种三维立体化呈现，对与研究浮游生物意义重大。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明系统的示意图。

图2是水下图像采集系统的示意图。；

其中，1、远程服务器，2、双目相机，3、闪光灯，4、主浮体。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2所示，一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，包括远程服务器1、水下图像采集系统，远程服务器1与水下图像采集系统通过无线网络连接。

水下图像采集系统包括Linux操作系统、S3C6410板、板载外设接口、设置在待测水域并进行图像采集的采集设备、USB模块以及3G模块，S3C6410板分别连接Linux操作系统和板载外设接口，板载外设接口连接USB模块和3G模块，USB模块连接采集设备，S3C6410板的作用是运行Linux操作系统。

远程服务器1经3G模块向采集设备发送图像采集指令，以启动水下图像采集系统对该水域浮游生物进行显微照相，水下图像采集系统经3G模块向远程服务器1发送采集到的浮游生物图片，远程服务器1接受3G模块传递来的图像数据，并对图片中的浮游生物进行三维重构，使浮游生物可以三维立体态实时呈现。

远程服务器1安装有HALCON软件以及VC++6.0，HALCON软件对3G模块传输来的图像数据进行图像分析，远程服务器1经VC++6.0做出MFC三维演示。其次，远程服务器1根据图片信息对水域生物进行数据保存。

作为本实施例的优选，采集设备为双目相机2，双目相机2具有两USB接口，USB模块包括第一USB模块和第二USB模块，第一USB模块和第二USB模块分别与双目相机2的两个USB接口连接，第一USB模块和第二USB模块均与板载外设接口连接。

水下图像采集系统还包括设置在目标水域的PH值传感器、温度传感器以及含氧量传感器，PH值传感器、温度传感器以及含氧量传感器分别与板载外设接口连接。通过上述的传感器实时监测目标水域的PH值，水温，含氧量等相关环境检测量，并通过3G模块发送至远程服务器1。

水下图像采集系统还包括机械传动模块、外接存储设备以及LED模组，机械传动模块、外接存储设备以及LED模组分别与板载外设接口连接。具体来说，LED模组是闪光灯3，为双目相机2照相提供光源，机械传动模块的作用是驱动双目相机2在预设的轨道上运动，完成在水域中对浮游生物的显微照相。

水下图像采集系统还包括BSP板级支持包和U-BOOT，U-BOOT与BSP板级支持包连接，BSP板级支持包与Linux操作系统连接，所述BSP板级支持包为Linux系统启动提供支持，BSP板级支持包中包括启动相关的驱动模块，所述的启动相关的驱动模块的作用是启动U-BOOT和Linux操作系统时给各个功能程序模块提供驱动程序。

水下图像采集系统还包括RAM存储设备和Flash存储设备，所述RAM存储设备、Flash存储设备均和S3C6410板连接，RAM存储设备为为64M的SDRAM，Flash存储设备为128M的NandFlash。Linux操作系统未启动时，U-BOOT和Linux操作系统都存储于128M的NandFlash中，64M的SDRAM此时未存储任何数据；当系统启动时，首先运行的是U-BOOT，U-BOOT会把linux操作系统转移至SDRAM中，同时把Linux操作系统中的一些已初始化数据区转移至SDRAM中，并且把相应地址范围内的未初始化数据区清零，U-BOOT随后启动linux，此时linux接手整个系统的管理工作。

linux系统启动后，128M的NandFlash就相当于linux系统的硬盘，SDRAM就相当于linux系统的内存。NandFlash是存储设备的一种，掉电后数据不丢失，同时系统可以外挂其他存储器，比如U盘，SD卡，硬盘等。

Linux操作系统包括功能程序模块和外设级驱动模块，功能程序模块包括视频采集模块、H.264编码压缩处理模块、3G模块及数据传输模块、传感器数据采集模块和机械传动模块的控制模块。通过各个功能程序模块控制外接设备的工作；功能程序模块主要是运行于Linux操作系统中的各个应用程序，具体负责某一个外设或者是某一个功能的实现和控制。Linux操作系统还包括功能相关的板级驱动模块。

正常工作时，Linux操作系统运行于SDRAM中，管理系统的各种硬件资源，同时运行着各个功能程序模块，根据远程服务器1通过3G网络发送的指令信息和配置信息进行现场作业，包括传感器的采集动作、双目相机2的工作、LED模组的工作和机械设备的控制等。

并且，Linux操作系统中的各个功能模块根据指令执行动作之后，会根据不同指令的实际需求把执行结果保存至本地存储设备，或者是把采集到的数据信息或者本身的运行状况信息通过3G模块上传至后台服务器。

双目相机2设置滑杆上，滑杆上端连接主浮体4，双目相机2的下方的双目聚焦区下方设置有闪光灯3。双目相机2在驱动机构的作用下可以沿着滑杆上下移动，达到调节双目相机2下方的聚焦区的目的，使闪光灯3可以正好照射在双目相机2的聚焦区中。

闪光灯3使用白色LED圆形灯组，灯光由下而上照射至双目相机的双目聚焦区。LED灯组由3颗白色LED灯珠组成，每颗灯珠的额定功耗为2W,额定电流为200mA，平均无故障时间可达100000小时。LED灯组在50mm时的照度为500,000lux，在150mm工作距离时照度为150,000lux。灯组每次闪光持续时间为50us。水下双目相机2采用高速工业相机MV-VD078SM/SC，该相机采用逐行扫描CCD，像素尺寸为4.65umX4.65um，传感器光学尺寸1/2”，最高分辨率可达1280X960，帧速15fps，USB2.0数据输出方式，最高数据输出速率可达15帧/S，同时配套光学放大倍数X5的标准工业级显微镜头AFT-FML50X65S/C。水下图像采集系统具备高速图像采集和防抖动功能，可在高速流动水域获取高清晰的影视图像。

本水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统还设置有电源，电源用于向各个模块进行供电。

3G模块为水下图像采集系统和远程服务器1之间的通信提供无线网络接口，以保证远程服务器1控制指令和水下图像采集系统的终端采集到的图像信息可以得到可靠地传输。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，包括远程服务器(1)、水下图像采集系统，所述远程服务器(1)与水下图像采集系统通过无线网络连接；

所述的水下图像采集系统包括Linux操作系统、S3C6410板、板载外设接口、设置在待测水域并进行图像采集的采集设备、USB模块以及3G模块，所述的S3C6410板分别连接Linux操作系统和板载外设接口，所述板载外设接口连接USB模块和3G模块，所述USB模块连接采集设备；

所述远程服务器(1)经3G模块向采集设备发送图像采集指令，以启动水下图像采集系统对该水域浮游生物进行显微照相，所述的水下图像采集系统经3G模块向远程服务器(1)发送采集到的浮游生物图片，所述远程服务器(1)接受3G模块传递来的图像数据，并对图片中的浮游生物进行三维重构，使浮游生物可以三维立体态实时呈现。

2.根据权利要求1所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述的远程服务器(1)安装有HALCON软件以及VC++6.0，所述HALCON软件对3G模块传输来的图像数据进行图像分析，所述远程服务器(1)经VC++6.0做出MFC三维演示。

3.根据权利要求2所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述的采集设备为双目相机(2)，所述双目相机(2)具有两USB接口，所述USB模块包括第一USB模块和第二USB模块，所述第一USB模块和第二USB模块分别与双目相机(2)的两个USB接口连接，所述第一USB模块和第二USB模块均与板载外设接口连接。

4.根据权利要求3所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述水下图像采集系统还包括设置在目标水域的PH值传感器、温度传感器以及含氧量传感器，所述的PH值传感器、温度传感器以及含氧量传感器分别与板载外设接口连接。

5.根据权利要求4所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述水下图像采集系统还包括机械传动模块、外接存储设备以及LED模组，所述机械传动模块、外接存储设备以及LED模组分别与板载外设接口连接。

6.根据权利要求5所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述水下图像采集系统还包括BSP板级支持包和U-BOOT，所述U-BOOT与BSP板级支持包连接，所述BSP板级支持包与Linux操作系统连接。

7.根据权利要求6所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述水下图像采集系统还包括RAM存储设备和Flash存储设备，所述RAM存储设备、Flash存储设备均和S3C6410板连接，所述RAM存储设备为为64M的SDRAM，所述Flash存储设备为128M的NandFlash；

Linux操作系统未启动时，U-BOOT和Linux操作系统都存储于128M的NandFlash中，64M的SDRAM此时未存储任何数据；

当系统启动时，首先运行的是U-BOOT，U-BOOT会把linux操作系统转移至SDRAM中，同时把Linux操作系统中的一些已初始化数据区转移至SDRAM中，并且把相应地址范围内的未初始化数据区清零，U-BOOT随后启动linux操作系统，此时linux操作系统接手整个系统的管理工作。

8.根据权利要求7所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述的Linux操作系统包括功能程序模块和外设级驱动模块，所述功能程序模块包括视频采集模块、H.264编码压缩处理模块、3G模块及数据传输模块、传感器数据采集模块以及机械传动模块的控制模块。

9.根据权利要求8所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述的Linux操作系统还包括功能相关的板级驱动模块。

10.根据权利要求9所述的水域浮游生物的远程实时图像采集与三维重建系统，其特征是，所述的双目相机(2)设置滑杆上，所述滑杆上端连接主浮体(4)，所述双目相机(2)的下方的双目聚焦区下方设置有闪光灯(3)。