CN105872340A - 一种水下相机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水下相机，包括成像机构，其特点是由白板、校正透镜、防水外壳、成像透镜、测距仪、成像处理及控制系统、端盖、防水连接器、信道及入水检测装置组成，其中成像机构由成像透镜和成像处理及控制系统组成，所述校正透镜、防水外壳、端盖、防水连接器、及入水检测装置组成一个封闭腔，成像机构和测距仪位于封闭腔内部，白板置于防水外壳外部并位于成像机构的可视位置。本发明具有结构紧凑、故障率低、安全性好的特点，能实时测量水面及水下物体的尺寸以及被测物体与其它物体间相对位置、能自动更换水面及水下拍摄模式，适用在各种水下工程、水下作业和水下探测使用。

Description

一种水下相机

技术领域

本发明涉及一种相机，特别涉及一种水下相机，属于能实时测量水面及水下物体的尺寸以及被测物体与其它物体间相对位置、能自动更换水面及水下拍摄模式的水下成像装置，本发明具有实时测量、自动切换拍摄模式和能有效进行图像色彩复原的优点，适用各种水下工程、水下作业和水下探测等领域。

背景技术

现有技术中给出的水下相机很多，例如。

公开号为CN102870044A的发明专利申请《具有压力传感器的水下相机》，包括：防水壳；用于捕捉数字图像的图像传感器；用于将场景成像到所述图像传感器上的光学系统；用于感测所述防水壳之外的压力的装置；以及用于执行以下步骤的处理器：确定感测到的压力；使用所述图像传感器来捕捉场景的数字图像；使用感测到的压力来确定所述数字图像捕捉设备是否正在水下工作的指示并且相应地选择水下摄影模式或普通摄影模式；根据所选择的摄影模式来处理捕捉到的数字图像；以及将经处理的数字图像存储在处理器可存取存储器中。

公开号为CN105372904A的发明专利申请《 一种基于MAX16802B的水下相机控制系统》，其特征在于，包括电源管理单元、相机、LED驱动单元、单片机，所述电源管理单元包括CPU供电模块、相机供电模块以及LED供电模块，所述CPU供电模块为整体系统供电，所述相机供电模块为相机供电，所述LED供电模块为LED驱动单元供电，所述相机、LED驱动单元的信号输入端连接在单片机的信号输出端上，所述单片机的信号输入端连接有拨码开关，所述LED驱动单元控制LED灯工作。

现有的水下相机普遍在防水外壳内设置单目成像机构，由于这种结构容易导致大小不同、物距不同的物体在相机内成像后可能在相平面坐标系内有相同的坐标，使相机对被测物体的测量出现误差；另外，由于水对特定光谱的吸收使水下物体的成像在相机内出现色彩偏差，由于每次成像时光线的色温可能会出现不一致，所以在对水下物体的色彩复原时也会出现困难，上述结构使得水下相机在实用化方面还有待提高。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种能实时测量水面及水下物体的尺寸以及被测物体与其它物体间相对位置、能自动更换水面及水下拍摄模式的水下相机。本发明具有结构紧凑、故障率低、安全性好的特点。

本发明给出的技术方案是：一种水下相机，包括成像机构，其特点是由白板1、校正透镜2、防水外壳3、成像透镜4、测距仪5、成像处理及控制系统6、端盖7、防水连接器8、信道9及入水检测装置10组成，所述的成像透镜4和成像处理及控制系统6组成了成像机构11，所述校正透镜2、防水外壳3、端盖7、防水连接器8、及入水检测装置10组成一个封闭腔12，成像机构11和测距仪5位于封闭腔12内部，白板1置于防水外壳3外部并位于成像机构的可视位置。

所述的封闭腔12由校正透镜2、防水外壳3、端盖7、防水连接器8及入水检测装置10组成一个密封腔体，其中入水检测装置10和防水连接器8与成像机构11的成像处理及控制系统6相联接。

所述的校正透镜2为一种透明的物体并置于成像透镜4前部。

所述的入水检测装置10为一对可与水接触的导体并且与封闭腔12绝缘。

所述的测距仪5与成像机构11的轴线平行且与成像机构11的成像处理及控制系统6相联接。

所述的白板1置于成像机构11的可视范围内且置于封闭腔12的外部。

当水下相机作业时，被观察物体在介质中通过校正透镜2和成像透镜4在成像处理及控制系统6中形成影像，同时测距仪5也发射非接触信号测量被观察物体与成像透镜4间的距离，由于成像透镜的焦距确定，同时通过成像透镜4与成像处理及控制系统6的位置固定（像距确定），则由透镜成像理论得出被测物体距成像透镜的距离（物距）被确定，进而可以得出成像处理及控制系统6内图像尺度与实际被测物体间的对应关系，由于光在水下及空气（水面）中的传输介质（不同介质的折射率不相同）发生了差异，导致光线由水中经校正透镜2和成像透镜4最终在成像处理及控制系统6中的成像与光线由空气中经校正透镜2和成像透镜4最终在成像处理及控制系统6中的成像不一致，造成成像误差，这种结果对通过由图像测量被测物体的尺度有很大干扰，为消除这种干扰，本发明通过以下方法进行了补偿。

a、设置测距仪5，通过测距仪5发射的非接触信号测量成像透镜4与被测物体间的距离以确定物距同时测定传输介质的折射率。

b、设置入水检测装置10以检测相机所处的不同传输介质，进而根据光线传输介质的变化来切换成像模式，减小传输介质折射率的差异对图像的影响。

c、为方便成像处理及控制系统6利用色彩和灰度值对图像进行后期处理，设置白板1并使位于水下相机所处的不同介质中，根据白板1在不同介质中的色彩和明暗变化来复原被测物体在成像处理及控制系统6中的图像。

为了使水下相机能与外部进行信息交互，在封闭腔12上设置防水连接器8以方便成像处理及控制系统6通过信道9与外部进行信息的交换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

1、实时测量。

由于测距仪能实时校正被测物体和成像透镜的距离和并测定传输介质的折射率，使得成像空间内的图像与被测物体的实际尺寸有更准确的对应关系，由于被测物体和成像透镜的距离及传输介质的折射率是即时在线测定，因此系统能实时完成被测物体的测量。

2、自动切换拍摄模式。

由于水的折射率与空气的折射率差异比较大，所以本系统所设置的入水检测装置10能根据水与空气导电率的不同来切换不同的拍摄模式，进而降低折射率对成像质量的影响。

3、能有效进行图像色彩复原。

本系统在拍摄环境中所设置的白板可以在成像空间内记录外部光线对被测物体色彩和明暗，根据白板在图像上的标识可以对图像进行复原以减小外部光线对图像的影响。

附图说明

图1为水下相机结构的剖视图。

图2为图1的左视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-图2所示，这种水下相机结构，包括有白板1、校正透镜2、防水外壳3、成像透镜4、测距仪5、成像处理及控制系统6、端盖7、防水连接器8、信道9及入水检测装置10组成，其中成像透镜4和成像处理及控制系统6构成了成像机构11，校正透镜4、防水外壳3、端盖7、防水连接器8、及入水检测装置10组成一个封闭腔12，成像机构11和测距仪5位于封闭腔12内部，白板1置于防水外壳3外部并位于成像机构的可视位置，所述的由校正透镜2、防水外壳3、端盖7、防水连接器8及入水检测装置10组成的封闭腔12中的入水检测装置10和防水连接器8与成像机构11的成像处理及控制系统6相联接；所述的校正透镜2为一种透明的物体并置于成像透镜4前部，所述的入水检测装置10为一对可与水接触的导体并且与封闭腔12绝缘；所述的测距仪5与成像机构11的轴线平行且与成像机构11的成像处理及控制系统6相联接；所述的白板1置于成像机构11的可视范围内且置于封闭腔12的外部。

当水下相机作业时，被观察物体在空气通过校正透镜2和成像透镜4在成像处理及控制系统6中形成影像，同时测距仪5也发射非接触信号测量被观察物体与成像透镜4间的距离，由于成像透镜4的焦距（f）确定，同时通过成像透镜4与成像处理及控制系统6的位置(v)固定（像距确定），则由透镜成像理论得出被测物体距成像透镜4的距离（物距u）被确定，进而可以得出 成像处理及控制系统6内图像尺度与实际被测物体间的对应关系，由于光在水下及空气（水面）中的传输介质（不同介质的折射率不相同）发生了差异，导致光线由水中经校正透镜2和成像透镜4最终在成像处理及控制系统6中的成像与光线由空气中经校正透镜2和成像透镜4最终在成像处理及控制系统6中的成像不一致，造成成像误差，这种结果对通过由图像测量被测物体的尺度有很大干扰，为消除这种干扰，本方案设置了测距仪5、入水检测装置10和位于拍摄空间中的白板1，通过测距仪5发射的非接触信号测量成像透镜4与被测物体间的距离以确定物距同时测定传输介质的折射，同时由入水检测装置10检测相机所处的不同传输介质，进而根据光线传输介质的变化来切换成像模式，减小传输介质折射率的差异对图像的影响，另外在拍摄空间中设置的白板1可以监测拍摄空间中色彩和明暗的变化进而实现图像的复原被。为了使水下相机能与外部进行信息交互，在封闭腔12上设置防水连接器8以方便成像处理及控制系统6通过信道9与外部进行信息的交换。

其具体安装方式为。

本发明所述水下相机结构，以校正透镜2、防水外壳3、端盖7、防水连接器8、及入水检测装置10组成的封闭腔12为密封腔并作为水下相机的主体，透明物体校正透镜2位于封闭腔12的前部并位于防水外壳3内部，校正透镜2和防水外壳3之间为密封连接，端盖7位于封闭腔12的后部并位于防水外壳3内部，端盖7和防水外壳3之间也为密封连接，防水连接器8以密封的形式镶嵌在端盖7上，防水连接器8保证成像处理及控制系统6与外部的信道相连通的同时与外部介质隔离，入水检测装置10也以密封方式镶嵌到防水外壳3上并保证入水检测装置10与外部介质相接触的同时使封闭腔12与外部介质相隔离。本发明的成像透镜4和成像处理及控制系统6位于封闭腔12内部并组成成像机构11，由透明材质为所形成的成像透镜4位于校正透镜2后部且位于成像处理及控制系统6前部，成像透镜4、校正透镜2和成像处理及控制系统6的轴心在同一直线上且保证成像透镜4与成像处理及控制系统6相连接，测距仪5位于封闭腔12内部并与成像透镜4的轴心平行，位于封闭腔12外部并连接到防水外壳3上的白板1处于成像机构11的可视位置。成像处理及控制系统6通过屏蔽电缆与测距仪5、防水连接器8和入水检测装置10相联接，信道9通过防水连接器8与成像处理及控制系统6连接。

本发明工作过程如下。

当水下相机在水面进行拍摄时，被观察物体在空气通过校正透镜2和成像透镜4在成像处理及控制系统6中形成影像，同时测距仪5也发射非接触信号测量被观察物体与成像透镜4间的距离（物距），由于成像透镜4的焦距(f)为定值，同时成像透镜4与成像处理及控制系统6的位置v固定（像距确定），则由透镜成像理论得出被测物体距成像透镜4的距离（物距u）被确定，进而可以得出成像处理及控制系统6内图像尺度与实际被测物体间的对应关系，运用这种对应关系可以实现被测物体的测量，由于封闭腔12内外的介质为同一种介质（空气），校正透镜4的曲率对光线折射会对被测物体产生影响，这种影响是恒定值，可以通过对成像处理及控制系统6中的算法来去除这种影响。

当水下相机在水中进行拍摄时，被观察物体所处的介质发生了变化，由于光线在水中的折射率比光线在空气的折射率大得多，所以光线通过校正透镜2和成像透镜4在成像处理及控制系统6中形成影像时所测量的差异也较空气中大，为了减小这种差异并实现测量结果的同一化，本系统设置了水下相机的入水检测装置10，入水检测装置10根据电导率的不同来区分拍摄环境中的介质，进而判断拍摄环境中的介质的种类及相对应的折射率，以入水检测装置10所测定的折射率和测距仪5所测定的折射率进行比对并切换相对应的成像模式和算法，减小传输介质折射率的差异对图像的影响。

另外，由于被测量物体所处环境中的光线会随时变化，这种变化会影响被测量物体在成像处理及控制系统6图像的色彩变化，影响利用色彩和灰度值对图像进行的处理，本发明所设置与被测物体位于相同介质中，在水下相机进行拍摄时，白板1的色彩变化会被记录在每一副图像中，可以利用白板1在不同介质中的色彩和明暗变化来复原被测物体在成像处理及控制系统6中的图像。

以上所述仅为本发明的一种实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水下相机，包括成像机构，其特征在于由白板（1）、校正透镜（2）、防水外壳（3）、成像透镜（4）、测距仪（5）、成像处理及控制系统（6）、端盖（7）、防水连接器（8）、信道（9）及入水检测装置（10）组成，所述的成像透镜（4）和成像处理及控制系统（6）组成了成像机构（11），所述校正透镜（2）、防水外壳（3）、端盖（7）、防水连接器（8）、及入水检测装置（10）组成一个封闭腔（12），成像机构（11）和测距仪（5）位于封闭腔（12）内部，白板（1）置于防水外壳（3）外部并位于成像机构（11）的可视位置。

2.根据权利要求1所述的水下相机，其特征在于所述的由校正透镜（2）、防水外壳（3）、端盖（7）、防水连接器（8）、及入水检测装置（10）组成的封闭腔（12）的密封腔体中的入水检测装置（10）和防水连接器（8）与成像机构（11）的成像处理及控制系统（6）相联接。

3.根据权利要求1所述的水下相机，其特征在于所述的校正透镜（2）为一种透明的物体并置于成像透镜（4）前部。

4.根据权利要求1所述的水下相机，其特征在于所述的入水检测装置（10）为一对可与水接触的导体并且与封闭腔（12）绝缘。

5.根据权利要求1所述的水下相机，其特征在于所述的测距仪（5）与成像机构（11）的轴线平行且与成像机构（11）的成像处理及控制系统（6）相联接。

6.根据权利要求1所述的水下相机，其特征在于所述的白板（1）置于成像机构（11）的可视范围内且置于封闭腔（12）的外部。