CN109788163A - 一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是包括密封舱、像功能增强相机、二维多波束声纳设备、水密插头、锂电池、嵌入式计算硬件平台、短脉冲激光器、头盔显示器以及二维调节架。本发明具有如下优点：1）采用激光距离选通成像设备有效降低水下后向散射光的影响，极大提高光学成像质量；2）设置二维调节架方便像功能增强相机和二维多波束声纳设备的视场中心位置调节，潜水员可手动遥控辅助激光光源的光束发射方向，方便在声学图像获取目标的位置后光学图像的快速获取；3）结构简单实用，可作为水下潜水员的导引和碰撞装置；4）总体结构的承力性能和水密性能良好，工程应用可行性高。
Description
技术领域
本发明属于融合成像设备技术领域，特别涉及一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置。
背景技术
水下声成像是在海洋等水环境中，以声波为媒介，对发射声波的反向散射回波进行接收，并通过一定算法处理后形成被观测区域的图像。声波在水中的传播衰减较小，传播距离远，常用的多波束二维多波束声纳设备可以给出声纳前方物体的距离和宽度信息，是水中大范围、远距离探测和定位的最有效手段，可以但是声纳图像存在的缺点是分辨率较光学图像低，目标的局部特征表达能力差。
水下辅助光源照明成像时虽然可以获得较高的分辨率，但由于海水对光存在较大衰减作用，加上水体后向散射光噪声的影响，其探测距离较小。距离选通激光水下成像系统是一种减小水的后向散射的有效方法，一般采用455～577nm波长的脉冲激光器提供主动照明，可在提高目标场景的照度的同时，减小后向散射的影响，具有成像清晰、对比度高、不受环境光源的影响等优点，但是其缺点是成像距离还是远小于声成像。
综上，基于二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像，可以克服声学和光学成像存在的缺点，获得对水下环境和水下目标的准确、全面、可靠的信息。
在水下融合成像装置总体结构设计技术领域，采用各种方式放置二维声纳和激光距离选通成像设备，如何设计体积较小和重量较轻的装置安装结构，如何保证装置的水下密封性能，这已成为本领域相关技术人员亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有单独声学或者光学设备在水下物体成像时存在的识别概率低、探测距离短的缺点，提供一种二维多波束声纳设备和辅助激光照明成像设备的融合成像的总体结构。
本发明的技术解决方案：一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其结构包括密封舱、像功能增强相机、二维多波束声纳设备、水密插头、锂电池、嵌入式计算硬件平台、短脉冲激光器、延时脉冲发生器、头盔显示设备以及二维调节架；其中像功能增强相机、二维多波束声纳设备和水密插头设于密封舱顶部表面，嵌入式计算硬件平台、锂电池和延时脉冲发生器设于密封舱内部，像功能增强相机和二维多波束声纳设备的底部分别设有二维调节架，短脉冲激光器和头盔显示器设于密封舱外部上方。
优选地，所述密封舱包括3个开口，每个开口分别和水密插头、像功能增强相机的镜头外壳、二维多波束声纳设备的换能器大小对应匹配，并采用三角密封和径向密封结构双重密封。
优选地，所述像功能增强相机和二维声呐都放置在二维调节架上，通过轻微调节上下和左右方向，使得像功能增强相机和二维声呐的视场中心位置完全重合，二维调节架放置在密封舱底部，并通过螺栓连接固定。
优选地，所述短脉冲激光器采用防水设计，其脉宽小于100ns，通过橡胶柔性连接在密封舱上方，潜水员可以手动遥控其发射方向，短脉冲激光器的电源线通过水密插头和锂电池连接。
优选地，所述嵌入式计算硬件平台的2个输入端通过数据线分别与像功能增强相机和二维多波束声纳设备的输出端连接，嵌入式计算硬件平台的第一输出端通过数据线连接头盔显示器的输入端，嵌入式计算硬件平台的第二输出端通过数据线连接延时脉冲发生器的输入端；嵌入式计算硬件平台输出两路信号，一路输出信号为控制延时脉冲发生器的触发；另外一路输出信号为处理后的图像，这路信号通过水密插头和头盔显示设备连接显示。
优选地，所述延时脉冲发生器接收嵌入式计算硬件平台控制信号，触发短脉冲激光器，以及控制像功能增强相机的延时和曝光时间；延时脉冲发生器安装在密封舱底部，通过螺栓连接；延时脉冲发生器的第一输出端连接像功能增强相机的输入端，延时脉冲发生器的第二输出端连接短脉冲激光器的输入端。
优选地，所述锂电池输出直流电，为像功能增强相机、二维声呐、嵌入式计算硬件平台和短脉冲激光器、头盔显示设备提供电源；充电时通过水密插头接外界的220V交流电。
优选地，所述头盔显示设备通过有机发光二极管（OLED）的方式来显示视频。
优选地，所述密封舱、二维调节架均选用铝合金材料制成。
优选地，所述像功能增强相机具备外部触发功能，并且能实现不同曝光时间选通成像，成像时间和短脉冲激光器8的脉宽相同。
本发明的有益效果为：
1）采用激光距离选通成像设备有效降低水下后向散射光的影响，极大提高光学成像质量；
2）设置二维调节架方便像功能增强相机和二维多波束声纳设备的视场中心位置调节，潜水员可手动遥控辅助激光光源的光束发射方向，方便在声学图像获取目标的位置后光学图像的快速获取；
3）结构简单实用，可作为水下潜水员的导引和碰撞装置；
4）总体结构的承力性能和水密性能良好，工程应用可行性高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的二维多波束声纳设备和辅助激光照明成像设备的融合成像装置总体结构图。
图2是本发明实施例提供的二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置工作流程图。
图中：1-像功能增强相机，2-二维多波束声纳设备，3-嵌入式计算硬件平台，4-锂电池，5-二维调节架，6-延时脉冲发生器，7-水密插头，8-短脉冲激光器，9-头盔显示器，10-密封舱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的实施例进行详细说明，但本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明实施例提供了一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置总体结构，包括像功能增强相机1，二维多波束声纳设备2，嵌入式计算硬件平台3，锂电池4，二维调节架5，延时脉冲发生器6，水密插头7，短脉冲激光器8，头盔显示器9，密封舱10；图中的箭头直线表示数据线连接关系和数据传输方向，虚线表示电源缆线的结构和连接关系。
如图2所示，该装置的工作流程具体如下：二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置通电自检；二维多波束声纳设备开机采集目标的距离和横向宽度信息；嵌入式计算硬件平台处理声呐图像，判断是否存在目标，当不存在目标时不采取动作，当存在目标时；嵌入式计算硬件平台根据给出目标的距离L，设置延时脉冲发生器的延时时间为t=2L/c(c为光速)；通过观察头盔显示器显示的目标图像，手动控制激光器朝存在目标的区域发射激光，并上下扫描；像功能增强相机打开快门进行，采集图像；对像功能增强相机获得的光学图像进行去噪处理，并且和声呐图像进行融合算法处理，最后通过头盔显示器显示得到的图像。
本发明使用了二维声纳和激光距离选通成像设备，可以控制像功能增强相机在目标对激光的反射光到达时才打开，有效降低了水下后向散射光的影响，极大地提高了光学成像质量；同时有利于光学和声呐图像的融合算法处理，可在显示图像上叠加距离信息；另外嵌入式计算硬件平台、锂电池、二维调节架和延时脉冲发生器都放置在密封舱内，减小了设备体积，方便水下携带。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是包括密封舱、像功能增强相机、二维多波束声纳设备、水密插头、锂电池、嵌入式计算硬件平台、短脉冲激光器、延时脉冲发生器、头盔显示设备以及二维调节架；其中像功能增强相机、二维多波束声纳设备和水密插头设于密封舱顶部表面，嵌入式计算硬件平台、锂电池和延时脉冲发生器设于密封舱内部，像功能增强相机和二维多波束声纳设备的底部分别设有二维调节架，短脉冲激光器和头盔显示器设于密封舱外部上方。
2.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述密封舱包括3个开口，每个开口分别和水密插头、像功能增强相机的镜头外壳、二维多波束声纳设备的换能器大小对应匹配，并采用三角密封和径向密封结构双重密封。
3.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述二维调节架放置在密封舱底部，并通过螺栓连接固定。
4.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述短脉冲激光器采用防水设计，通过橡胶柔性连接在密封舱上方，短脉冲激光器的电源线通过水密插头和锂电池连接。
5.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述嵌入式计算硬件平台的2个输入端通过数据线分别与像功能增强相机和二维多波束声纳设备的输出端连接，嵌入式计算硬件平台的第一输出端通过数据线连接头盔显示器的输入端，嵌入式计算硬件平台的第二输出端通过数据线连接延时脉冲发生器的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述延时脉冲发生器的第一输出端连接像功能增强相机的输入端，延时脉冲发生器的第二输出端连接短脉冲激光器的输入端。
7.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述锂电池输出直流电，通过供电缆线分别连接像功能增强相机、二维多波束声纳设备、嵌入式计算硬件平台、延时脉冲发生器和水密插头，电池充电时通过水密插头接外界的220V交流电。
8.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述头盔显示器的电源线通过水密插头和锂电池连接。
9.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述密封舱、二维调节架均选用铝合金材料制成。
10.根据权利要求1所述的一种二维声纳和激光距离选通成像设备的融合成像装置，其特征是所述的像功能增强相机具备外部触发功能，根据实现不同曝光时间选通成像，成像时间和短脉冲激光器的脉宽相同。
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