CN108924389A - 一种激光夜视稳定云台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光夜视稳定云台，包括夜视摄像模块和带有惯性导航的自稳定云台，所述带有惯性导航的自稳定云台包括摄像设备载物舱、载重云台、带有嵌入式操作系统的云台控制板、多路控制电机和带有惯性测量单元的惯性传感器；所述夜视摄像模块包括星光级网络摄像机、大功率激光光源、激光焦距调节装置、激光驱动电源、带有图像处理单元的图像控制板和照度传感器。本发明旨在提供一种激光夜视稳定云台，通过网络与电脑相连，电脑可通过网页/客户终端的方式查看图像，并对设备进行控制，其中激光光源效率高，体积小，散热小，光照强度更好，可以在不同环境下，通过照明得到清晰图像。

Description

一种激光夜视稳定云台
技术领域
本发明涉及船用照明与监控领域，具体涉及一种激光夜视稳定云台。
背景技术
目前，在海洋、江河上的各类船舶、石油平台、浮漂、无人船、军用或警用设施对于监控与照明有较多要求。此类设备可以探测、监视与跟踪平台或船舶周围水域、空中的各种目标，比如舰船、无人舰艇、武装泅渡、人员，或起到搜寻、救援，或照明甚至威慑等作用，并且通过对于图像的分析发出声光告警，实现全天候智能视频监控。
目前，使用红外相机与可见光的方案，存在明显缺陷。由于制冷型焦平面红外相机设备昂贵，并且需要专门的制冷设备，载荷较重，其稳定控制云台通常很大，而且配备专门的控制柜，成套设备复杂。普通红外相机分辨率有限，在低照度条件下，难以实现远距离目标的有效识别。而普通的带有激光辅助照明的云台，一般由于激光散热的问题，不能采用较大功率的激光，不能起到很好的长距离探测的效果。而且海洋监控设备必须带有稳定平台的功能，以减少图像晃动，获取清晰的图像。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种激光夜视稳定云台，通过网络与电脑相连，电脑可通过网页/客户终端的方式查看图像，并对设备进行控制，其中激光光源效率高，体积小，散热小，光照强度更好，可以在不同环境下，通过照明得到清晰图像，从而解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种激光夜视稳定云台，包括夜视摄像模块和带有惯性导航的自稳定云台，所述带有惯性导航的自稳定云台包括摄像设备载物舱、载重云台、带有嵌入式操作系统的云台控制板、多路控制电机和带有惯性测量单元的惯性传感器；所述夜视摄像模块包括星光级网络摄像机、大功率激光光源、激光焦距调节装置、激光驱动电源、带有图像处理单元的图像控制板和照度传感器，并置于摄像设备载物舱内；所述带有带有嵌入式操作系统的云台控制板、多路控制电机和带有惯性测量单元的惯性传感器置于载重云台内；
所述星光级网络摄像机的输出端与带有图像处理单元的图像控制板的输入端相连接；
所述带有图像处理单元的图像控制板的输出端通过通讯的方式与带有嵌入式操作系统的云台控制板的输入端相连接；
所述带有嵌入式操作系统的云台控制板通过带有惯性测量单元的陀螺、加速度计进行惯性导航与滤波计算，并通过内部稳定算法对多路控制电机进行闭环控制，实现云台的姿态相对于载体的稳定控制；
所述带有嵌入式操作系统的云台控制板根据照度传感器采集的照度信息，通过照度设定的阈值，通过控制激光驱动电源的电流来调节大功率激光光源的亮度；
所述带有嵌入式操作系统的云台控制板通过内置电机控制激光焦距调节装置的焦距，实现光束角度的控制。
进一步的，一种激光夜视稳定云台，还包括风扇和雨刷。
进一步的，所述激光夜视稳定云台与电脑通过网络连接。
进一步的，所述载重云台采用涡轮蜗杆方式，掉电自锁，对设备形成保护。
进一步的，所述多路控制电机为直流无刷电机，并带有行星减速机构。
进一步的，所述带有嵌入式操作系统的云台控制板采集温度并控制风扇；通过控制多路控制电机带动雨刷运动。
进一步的，所述激光夜视稳定云台整体通过密封圈防水防尘，密封等级为IP67。
进一步的，所述大功率激光光源与星光级网络摄像机之间还带有可调节装置，保证二者的角度平行。
进一步的，所述大功率激光光源采用100W高功率光源，其最高光通量为3000lx，最小光束全角为0.85°，最大照射距离为9km。。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1. 本发明带有惯性传感器，通过内部惯性导航算法与稳定控制算法实现激光光源与相机的姿态稳定，实现高稳定精度，有效隔离载体的晃动，适合远距离观察信息；配合大功率激光照明装置以及成像装置，可以实现全天候远距离的智能监控；
2. 本发明在低照度条件下，通过大功率激光光源照明，其强度与照射角度可控，而且光源聚集性好，不易发散。如激光功率为100W时，可在全黑的情况下，使得9Km外的目标达到满月月光的亮度。搭载稳定云台以及星光级网络摄像机，可以得到清晰稳定的图像。
3. 相比红外成像，可以得到高清彩色图像，更加真实，成本低。
4. 激光照明可以调节亮度与角度，极大方便了舰船在夜晚的工作，如探测、救援、甚至威慑、警告等作用。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是正视本发明的剖视图。
图3是侧视本发明的剖视图。
图4是俯视本发明的夜视摄像模块的剖视图。
图5是本发明的软件框图。
图中：1、夜视摄像模块；2、带有惯性导航的自稳定云台；101、星光级网络摄像机；102、大功率激光光源；103、激光焦距调节装置；104、激光驱动电源；105、带有图像处理单元的图像控制板；106、照度传感器；107、风扇；108、雨刷；201、摄像设备载物舱；202、载重云台；203、带有嵌入式操作系统的云台控制板；204、多路控制电机；205、带有惯性测量单元的惯性传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
如图1-5所示，一种激光夜视稳定云台，包括夜视摄像模块1和带有惯性导航的自稳定云台2，所述带有惯性导航的自稳定云台2包括摄像设备载物舱201、载重云台202、带有嵌入式操作系统的云台控制板203、多路控制电机204和带有惯性测量单元的惯性传感器205；所述夜视摄像模块1包括星光级网络摄像机101、大功率激光光源102、激光焦距调节装置103、激光驱动电源104、带有图像处理单元的图像控制板105和照度传感器106，并置于摄像设备载物舱201内；所述带有带有嵌入式操作系统的云台控制板203、多路控制电机204和带有惯性测量单元的惯性传感器205置于载重云台202内；所述星光级网络摄像机101的放大倍数为30倍，焦距为4.3mm~129mm，在低照度模式下也可以获得清晰图像，其输出端与带有图像处理单元的图像控制板105的输入端相连接；所述大功率激光光源102采用100W高功率光源，其最高光通量为3000lx，最小光束全角为0.85°，最大照射距离为9km；所述激光焦距调节装置103的光束角最大可达20°，方便用户照亮较大范围；所述激光驱动电源104带有亮度控制功能，可以使得激光输出功率在0~100%范围内调节；所述带有图像处理单元的图像控制板105的输出端通过通讯的方式与带有嵌入式操作系统的云台控制板203的输入端相连接；所述带有嵌入式操作系统的云台控制板203通过带有惯性测量单元的陀螺、加速度计进行惯性导航与滤波计算，并通过内部稳定算法对多路控制电机204进行闭环控制，实现云台的姿态相对于载体的稳定控制；所述带有嵌入式操作系统的云台控制板203根据照度传感器106采集的照度信息，通过照度设定的阈值，通过控制激光驱动电源104的电流来调节大功率激光光源102的亮度；所述带有嵌入式操作系统的云台控制板203通过内置电机控制激光焦距调节装置103的焦距，实现光束角度的控制；所述激光夜视稳定云台与电脑通过网络连接；所述载重云台301采用涡轮蜗杆方式，掉电自锁，对设备形成保护；所述多路控制电机204为直流无刷电机，并带有行星减速机构；所述激光夜视稳定云台整体通过密封圈防水防尘，密封等级为IP67；所述大功率激光光源102与星光级网络摄像机101之间还带有可调节装置，保证二者的角度平行。
运行过程：
星光级网络摄像机101获取图像，带有图像处理单元的图像控制板105通过网络从星光级网络摄像机101的输出端获取图像，通过图像算法进行去雾、防抖、电子放大等处理，并通过算法识别目标，用户选择特定目标，即可进行目标跟踪，计算跟踪目标的几何中心在图像中的坐标，再通过通讯协议通知带有嵌入式操作系统的云台控制板203，同时，带有惯性测量单元的惯性传感器205通过获取三轴角速度、三轴加速度，配合惯性导航算法以及卡尔曼滤波算法，精确计算目前姿态角度，通过坐标变换计算多路控制电机204所需要的位置、速度、力矩，对多路控制电机204进行精确的反馈控制，从而实现带有惯性导航的自稳定云台2的姿态稳定，照度传感器106获取当前照度，在照度足够的情况下，大功率激光光源102关闭，视觉可以获取清晰稳定的图像，带有图像处理单元的图像控制板105对图像进行去雾、图像稳定处理等，并对图像特定目标进行分析，将目标的偏差通过通讯的方式通知带有嵌入式操作系统的云台控制板203，带有嵌入式操作系统的云台控制板203通过对偏差的处理进行闭环控制，在照度较弱的情况下，可以通过大功率激光光源102照明以改善成像效果，大功率激光光源102的亮度可通过带有嵌入式操作系统的云台控制板203进行0~100%控制，照射角度也可以控制；带有嵌入式操作系统的云台控制板203通过多路控制电机204控制激光焦距调节装置103的焦距，带有嵌入式操作系统的云台控制板203采集温度并控制风扇107，加强散热；通过控制多路控制电机204带动雨刷108运动。

Claims (9)

1.一种激光夜视稳定云台，其特征在于，包括夜视摄像模块（1）和带有惯性导航的自稳定云台（2），所述带有惯性导航的自稳定云台（2）包括摄像设备载物舱（201）、载重云台（202）、带有嵌入式操作系统的云台控制板（203）、多路控制电机（204）和带有惯性测量单元的惯性传感器（205）；所述夜视摄像模块（1）包括星光级网络摄像机（101）、大功率激光光源（102）、激光焦距调节装置（103）、激光驱动电源（104）、带有图像处理单元的图像控制板（105）和照度传感器（106），并置于摄像设备载物舱（201）内；所述带有带有嵌入式操作系统的云台控制板（203）、多路控制电机（204）和带有惯性测量单元的惯性传感器（205）置于载重云台（202）内；
所述星光级网络摄像机（101）的输出端与带有图像处理单元的图像控制板（105）的输入端相连接；
所述带有图像处理单元的图像控制板（105）的输出端通过通讯的方式与带有嵌入式操作系统的云台控制板（203）的输入端相连接；
所述带有嵌入式操作系统的云台控制板（203）通过带有惯性测量单元的陀螺、加速度计进行惯性导航与滤波计算，并通过内部稳定算法对多路控制电机（204）进行闭环控制，实现云台的姿态相对于载体的稳定控制；
所述带有嵌入式操作系统的云台控制板（203）根据照度传感器（106）采集的照度信息，通过照度设定的阈值，通过控制激光驱动电源（104）的电流来自动调节大功率激光光源（102）的亮度；
所述带有嵌入式操作系统的云台控制板（203）通过内置电机控制激光焦距调节装置（103）的焦距，实现光束角度的控制。
2.根据权利要求1所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，还包括风扇（107）和雨刷（108）。
3.根据权利要求1所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，所述激光夜视稳定云台与电脑通过网络连接。
4.根据权利要求1所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，所述载重云台（202）采用涡轮蜗杆方式，掉电自锁，对设备形成保护。
5.根据权利要求1所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，所述多路控制电机（204）为直流无刷电机，并带有行星减速机构。
6.根据权利要求2所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，所述带有嵌入式操作系统的云台控制板（203）采集温度并控制风扇（107）；通过控制多路控制电机（204）带动雨刷（108）运动。
7.根据权利要求1所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，所述激光夜视稳定云台整体通过密封圈防水防尘，密封等级为IP67。
8.根据权利要求1所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，所述大功率激光光源（102）与星光级网络摄像机（101）之间还带有可调节装置，保证二者的角度平行。
9.根据权利要求1所述的一种激光夜视稳定云台，其特征在于，所述大功率激光光源（102）采用100W高功率光源，其最高光通量为3000lx，最小光束全角为0.85°，最大照射距离为9km。
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