CN107329421A - 一种水下摄像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下摄像系统。它包括：一个水下机器人机构、两个摄像机、一个彩色LED照明灯、一个三轴运动平台、一个主控制系统、一个姿态传感系统、运动驱动机构和一个远程控制平台，所述水下机器人机构内安装有两个摄像机、彩色LED照明灯、三轴运动平台、主控制系统、姿态传感系统和运动驱动机构，所述主控制系统通过光纤与远程控制平台相连，用于实现实时远程控制和图像数据传输控制，所述主控制系统分别与所述两个摄像机、彩色LED照明灯、三轴运动平台、姿态传感系统（106）和运动驱动机构相连，用于实现水下机器人机构在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台用于保持摄像机的姿态稳定和目标跟踪、实时展开水下环境的双目立体摄像和拍照功能。本水下摄像系统可广泛适用于水下环境中摄像应用。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种应用于水下环境摄像的水下摄像系统。
背景技术
在进行水下环境摄像过程中，摄像机载体水下机器人不可避免会受到环境水流的扰动，会导致水下摄像过程中摄像目标跟踪失败、摄像漂移的问题，同时为了能够更好的实现水下环境摄像，需要进行不同背景色系光源的调整和水下图像深度信息的获取，以达到水下立体摄像的效果。
中国实用新型专利说明书公开(公告)号: CN203872256U公开了一种“水下摄像系统”，可以实现水下环境摄像，但是该水下摄像系统无法实现水下立体摄像和水下抗扰动平稳控制等功能。
中国实用新型专利说明书公开(公告)号: CN201869283U公开了一种“水下摄像装置及系统”可以实现水下摄像，但是其没有考虑水下摄像系统的载体，无法实现水下抗扰动平稳控制和水下环境背景光源调整等功能。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种在复杂水下环境下具体多背景稳定立体拍摄的水下摄像系统,以满足水下多功能摄像的需要。
为达到上述目的，本发明的构思是：本发明采用双摄像机构建双目视觉系统实现立体摄像机能，通过姿态传感器和三轴运动云台组合构成姿态稳定控制闭环回路实现在水流扰动情况下摄像作业的连续平稳控制，采用多基色大功率LED阵列构建多光源背景照明系统，可以对水下摄像提供多基色组合背景光源照明，获得多背景光照摄像效果。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种水下摄像系统，包括：一个水下机器人机构、两个摄像机、一个彩色LED照明灯、一个三轴运动平台、一个主控制系统、一个姿态传感系统、运动驱动机构和一个远程控制平台，其特征在于：所述水下机器人机构内安装有两个摄像机、彩色LED照明灯、三轴运动平台、主控制系统、姿态传感系统和运动驱动机构，所述主控制系统通过光纤与远程控制平台相连，用于实现实时远程控制和图像数据传输控制，所述主控制系统分别与所述两个摄像机、彩色LED照明灯、三轴运动平台、姿态传感系统和运动驱动机构相连，用于实现水下机器人机构在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台用于保持摄像机的姿态稳定和目标跟踪、实时展开水下环境的双目摄像和拍照功能。
两个上述摄像机组合构成水下双目摄像系统，可以实现水下图像的立体摄像功能和拍照功能，获得所摄图像的深度信息。
上述彩色LED照明灯采用白、红、绿、蓝四种大功率可控LED组成彩色可变照明灯，用于实现水下环境背景的多变可调彩色照明。
上述三轴运动平台用于固定两个所述摄像机，用于实现所述摄像机的姿态控制，以便于完成目标跟踪和抗扰动稳定控制。
上述姿态传感系统采用九轴自由度传感器GY-85，九轴自由度传感器包括三轴加速度计ADXL345、三轴陀螺仪ITG3205和三轴磁力计HMC5883L；所述姿态传感系统用于获得当前水下机器人的运动能够姿态信息和加速度信息，以便于判断当前水下机器人所处环境的涌流驱动情况和自身电机驱动情况，为水下摄像机姿态控制提供参考。
上述运动驱动机构是包括多个螺旋桨机构组成的水下机器人运动驱动机构，用于实现水下机器人的沉浮、前行、后退和转向的运动控制。
上述远程控制平台主要用于实现远程水下机器人控制和远程图像监控、图像显示和存储的功能。
上述主控制系统包括微处理器、功率驱动模块、通讯模块、存储模块和电源管理模块，所述微处理器经所述功率驱动模块分别与所述运动驱动机构、所述彩色LED照明灯和所述三轴运动平台相连实现所述水下机器人机构的运动控制、水下环境照明和所述摄像机的姿态控制，所述微处理器经所述通讯模块采用光纤通讯模式与所述远程控制平台实现远程通讯控制和实时数据传输，所述微处理器采用IIC总线与所述姿态传感系统相连获得姿态信息，最终实现水下机器人机构在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台用于保持摄像机的姿态稳定和目标跟踪、实时展开水下环境的双目摄像和拍照功能。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明采用大功率多基色LED阵列实现水下环境背景的多变可调彩色照明，采用姿态传感器配合三轴运动平台实现水下摄像机的姿态平稳控制，采用双摄像机构成双目视觉系统，可以实现水下图像深度信息的获取并且能够实现水下环境图像的立体实现。
附图说明
附图1是水下摄像系统的结构示意图。
附图2是图1示例中水下摄像系统的主控制系统电路结构框图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
如图1所示，本水下摄像系统，包括：一个水下机器人机构（101）、两个摄像机（102）、一个彩色LED照明灯（103）、一个三轴运动平台（104）、一个主控制系统（105）、一个姿态传感系统（106）、运动驱动机构（107）和一个远程控制平台（108），其特征在于：所述水下机器人机构（101）内安装有两个摄像机（102）、彩色LED照明灯（103）、三轴运动平台（104）、主控制系统（105）、姿态传感系统（106）和运动驱动机构（107），所述主控制系统（105）通过光纤与远程控制平台（108）相连，用于实现实时远程控制和图像数据传输控制，所述主控制系统（105）分别与所述两个摄像机（102）、彩色LED照明灯（103）、三轴运动平台（104）、姿态传感系统（106）和运动驱动机构（107）相连，用于实现水下机器人机构（101）在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统（106）所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台（104）用于保持摄像机（102）的姿态稳定和目标跟踪、实时展开水下环境的双目摄像和拍照功能。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
两个所述摄像机（102）组合构成水下双目摄像系统，可以实现水下图像的立体摄像功能和拍照功能，获得所摄图像的深度信息。
所述彩色LED照明灯（103）采用白、红、绿、蓝四种大功率可控LED组成彩色可变照明LED阵列，用于实现水下环境背景的多变可调彩色照明。
所述三轴运动平台（104）用于固定两个所述摄像机（102），用于实现所述摄像机（102）的姿态控制，以便于完成目标跟踪和抗扰动稳定控制。
所述姿态传感系统（106）采用九轴自由度传感器GY-85，九轴自由度传感器包括三轴加速度计ADXL345、三轴陀螺仪ITG3205和三轴磁力计HMC5883L；所述姿态传感系统（106）用于获得当前水下机器人的运动能够姿态信息和加速度信息，以便于判断当前水下机器人所处环境的涌流驱动情况和自身电机驱动情况，为水下摄像机姿态控制提供参考。
所述运动驱动机构（107）是包括多个螺旋桨机构组成的水下机器人运动驱动机构，用于实现水下机器人的沉浮、前行、后退和转向的运动控制。
所述远程控制平台（108）主要用于实现远程水下机器人控制和远程图像监控、图像显示和存储的功能。
所述主控制系统（105）用于实现所述水下机器人机构（101）的运动控制、水下环境照明和所述摄像机（102）的姿态控制，与所述远程控制平台（108）实现远程通讯控制和实时数据传输，与所述姿态传感系统（106）相连获得姿态信息，最终实现水下机器人机构（101）在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统（106）所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台（104）用于保持摄像机（102）的姿态稳定、实时展开水下环境的双目摄像和拍照功能。
实施例三：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
参见图2，本水下摄像系统中所述主控制系统（105）包括微处理器（201）、功率驱动模块（202）、通讯模块（203）、存储模块（204）和电源管理模块（205），所述微处理器（201）经所述功率驱动模块（202）分别与所述运动驱动机构（107）、所述彩色LED照明灯（103）和所述三轴运动平台（104）相连实现所述水下机器人机构（101）的运动控制、水下环境照明和所述摄像机（102）的姿态控制，所述微处理器（201）经所述通讯模块（203）采用光纤通讯模式与所述远程控制平台（108）实现远程通讯控制和实时数据传输，所述微处理器（201）采用IIC总线与所述姿态传感系统（106）相连获得姿态信息，所述微处理器（201）与所述摄像机（102）相连实现数字图像压缩、存储和传输控制，所述微处理器（201）与所述存储模块（204）相连，实现系统参数和视频图像的存储和管理，所述微处理器（201）与所述电源管理模块（205）实现系统电源监测和管理，最终实现水下机器人机构（101）在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统（106）所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台（104）用于保持摄像机（102）的姿态稳定、实时展开水下环境的双目摄像和拍照功能。
所述微处理器（201）采用美国Freescale公司的i.MX6微处理器，具有1GHz运行速度，可以实现视频图像数据的实时压缩传输等处理，同时自带IIC等接口，方便实现姿态传感数据读取和SD存储管理等操作。
所述功率驱动模块（202）采用PWM脉宽调制大功率驱动模块，实现所述运动驱动机构（107）和所述三轴运动平台（104）的直流电机驱动，同时实现所述彩色LED照明灯（103）的多基色LED亮度控制。
所述通讯模块（203）采用单模单纤光纤收发模块实现千兆网络通讯，用于实现与所述远程控制平台（108）之间的实时远程通讯控制和实时数据传输。
所述存储模块（204）采用128G容量SD卡，用于实现视频图像数据存储和系统参数存储。
所述电源管理模块（205）用于实现系统电源管理，实现系统供电和电源电流电压监测管理功能。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水下摄像系统，包括：一个水下机器人机构（101）、两个摄像机（102）、一个彩色LED照明灯（103）、一个三轴运动平台（104）、一个主控制系统（105）、一个姿态传感系统（106）、运动驱动机构（107）和一个远程控制平台（108），其特征在于：所述水下机器人机构（101）内安装有两个摄像机（102）、彩色LED照明灯（103）、三轴运动平台（104）、主控制系统（105）、姿态传感系统（106）和运动驱动机构（107），所述主控制系统（105）通过光纤与远程控制平台（108）相连，用于实现实时远程控制和图像数据传输控制，所述主控制系统（105）分别与所述两个摄像机（102）、彩色LED照明灯（103）、三轴运动平台（104）、姿态传感系统（106）和运动驱动机构（107）相连，用于实现水下机器人机构（101）在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统（106）所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台（104）用于保持摄像机（102）的姿态稳定和目标跟踪、实时展开水下环境的双目摄像和拍照功能。
2.根据权利要求1所述的水下摄像系统，其特征在于：两个所述摄像机（102）组合构成水下双目摄像系统，用于实现水下图像的立体摄像功能和拍照功能，获得所摄图像的深度信息。
3.根据权利要求1所述的水下摄像系统，其特征在于：所述彩色LED照明灯（103）采用白、红、绿、蓝四种大功率可控LED组成彩色可变照明LED阵列，用于实现水下环境背景的多变可调彩色照明。
4.根据权利要求1所述的水下摄像系统，其特征在于：所述三轴运动平台（104）用于固定两个所述摄像机（102），用于实现所述摄像机（102）的姿态控制，以便于完成目标跟踪和抗扰动稳定控制。
5.根据权利要求1所述的水下摄像系统，其特征在于：所述姿态传感系统（106）采用九轴自由度传感器GY-85，九轴自由度传感器包括三轴加速度计ADXL345、三轴陀螺仪ITG3205和三轴磁力计HMC5883L；所述姿态传感系统（106）用于获得当前水下机器人的运动能够姿态信息和加速度信息，以便于判断当前水下机器人所处环境的涌流驱动情况和自身电机驱动情况，为水下摄像机姿态控制提供参考。
6.根据权利要求1所述的水下摄像系统，其特征在于：所述运动驱动机构（107）是包括多个螺旋桨机构组成的水下机器人运动驱动机构，用于实现水下机器人的沉浮、前行、后退和转向的运动控制。
7.根据权利要求1所述的水下摄像系统，其特征在于：所述远程控制平台（108）主要用于实现远程水下机器人控制和远程图像监控、图像显示和存储的功能。
8.根据权利要求1所述的水下摄像系统，其特征在于：所述主控制系统（105）包括微处理器（201）、功率驱动模块（202）、通讯模块（203）、存储模块（204）和电源管理模块（205），所述微处理器（201）经所述功率驱动模块（202）分别与所述运动驱动机构（107）、所述彩色LED照明灯（103）和所述三轴运动平台（104）相连实现所述水下机器人机构（101）的运动控制、水下环境照明和所述摄像机（102）的姿态控制，所述微处理器（201）经所述通讯模块（203）采用光纤通讯模式与所述远程控制平台（108）实现远程通讯控制和实时数据传输，所述微处理器（201）采用IIC总线与所述姿态传感系统（106）相连获得姿态信息，所述微处理器（201）与所述摄像机（102）相连实现数字图像压缩、存储和传输控制，所述微处理器（201）与所述存储模块（204）相连，实现系统参数和视频图像的存储和管理，所述微处理器（201）与所述电源管理模块（205）实现系统电源监测和管理，最终实现水下机器人机构（101）在水中的运动控制、水下环境照明控制、根据姿态传感系统（106）所获得的姿态信息实时调控三轴运动平台（104）用于保持摄像机（102）的姿态稳定、实时展开水下环境的双目摄像和拍照功能。
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