CN113784022A

CN113784022A - 水下摄像装置及水下机器人

Info

Publication number: CN113784022A
Application number: CN202110900567.4A
Authority: CN
Inventors: 孙彩明; 朱正佳; 林静; 陈露; 石武; 张爱东
Original assignee: Peng Cheng Laboratory
Current assignee: Peng Cheng Laboratory
Priority date: 2021-08-05
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2041-08-05
Also published as: CN113784022B; WO2023010766A1

Abstract

本申请涉及一种水下摄像装置及水下机器人，属于机器人领域。水下摄像装置包括：壳体；两个摄像头，所述两个摄像头设置于壳体的一端且彼此间隔设置，所述摄像头用于采集水下环境的二维图像；以及图形处理器，所述图形处理器设置于所述壳体内，且与所述摄像头连接，用于接收所述摄像头发送的两幅所述二维图像，基于两幅所述二维图像中对应点的位置偏差，获得所述水下环境的三维图像信息，并基于所述三维图像信息，识别出水下目标。本发明可实时高分辨率地检测水下2D/3D目标。

Description

水下摄像装置及水下机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，特别涉及一种水下摄像装置及水下机器人。

背景技术

相关技术中，水下机器人可使用水下摄像机在水下进行目标检测与识别。

但是水下摄像机采集的图像或者视频数据需要上传至地面计算机后才可进行后续处理得到水下目标三维图像等数据，以帮助水下目标识别，导致水下目标识别难以满足实时性要求。

上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本申请的主要目的是提供一种水下摄像装置及水下机器人，旨在解决现有技术中使用水下摄像机存在的目标识别难以实时进行的技术问题。

为实现上述目的，本申请提出一种水下摄像装置，包括：

壳体；

两个摄像头，所述两个摄像头设置于壳体的一端且彼此间隔设置，所述摄像头用于采集水下环境的二维图像；以及

图形处理器，所述图形处理器设置于所述壳体内，且与所述摄像头连接，用于接收所述摄像头发送的两幅所述二维图像，基于两幅所述二维图像中对应点的位置偏差，获得所述水下环境的三维图像信息，并基于所述三维图像信息，识别出水下目标。

在一实施例中，还包括：

电源，所述电源设置于所述壳体内；

开关件，所述开关件穿设所述壳体并延伸至所述壳体内，且所述开关件可在供电位置和充电位置之间切换，在所述供电位置，所述开关件连接所述电源与所述图形处理器，在所述充电位置，所述开关件断开所述电源与所述图形处理器之间的连接。

在一实施例中，还包括：

至少两个彼此间隔设置的水密插接件，所述水密插接件设置于所述壳体的另一端端部；

抽气螺栓，所述抽气螺栓设置于所述另一端端部，且所述抽气螺栓设置于所述水密插接件的一侧；

其中，所述开关件设置在所述另一端端部，且与所述水密插接件和所述抽气螺栓均间隔设置。

在一实施例中，所述壳体包括：

一端开口的第一子壳体；

第一盖板，所述第一盖板盖合所述开口；

第一密封件，所述第一密封件设置于所述第一盖板上，以密封所述开口；

其中，所述开关件、所述水密插接件与所述抽气螺栓均穿设于所述第一盖板。

在一实施例中，所述第一盖板开设有螺纹孔，所述开关件与所述螺纹孔螺纹配合。

在一实施例中，所述壳体还包括：

第二子壳体，所述第二子壳体设置于所述第一子壳体的另一端，且所述第二子壳体具有摄像机仓；

第二盖板，所述第二盖板盖合所述摄像机仓，且所述第二盖板沿所述第二盖板的长度方向彼此间隔设置有两个镜头孔；

第二密封件，所述第二密封件设置于所述第二盖板，以密封所述摄像机仓；

其中，两个摄像头均设置于所述摄像机仓内，并与所述镜头孔对应设置。

在一实施例中，所述壳体还包括：

镜片，所述镜片设置于所述镜头孔内；

第三密封件，所述第三密封件设置于所述镜片与所述镜头孔的孔壁之间，以密封所述镜头孔；

镜片限位件，所述镜片限位件与所述第二盖板可拆卸地连接，以将所述镜片压紧在所述镜头孔内。

在一实施例中，所述镜片为蓝宝石镜片。

在一实施例中，所述镜片限位件为聚四氟乙烯制品。

第二方面，本发明还提供了一种水下机器人，包括如上述的水下摄像装置。

本发明提供了一种水下摄像机，在水下摄像机的壳体内集成有图形处理器和两个摄像头，所述摄像头采集水下环境的二维图像，图形处理器接收所述摄像头发送的两幅所述二维图像，基于两幅所述二维图像中对应点的位置偏差，获得所述水下环境的三维图像信息，并基于所述三维图像信息，识别出水下目标。本发明在水下工作过程中具备高效的终端计算能力，能独立且实时地处理水下图像与视频数据，以实时高分辨率地检测水下2D/3D目标，不用将采集到的水下数据、图像和视频传回地面电脑处理，极大地保证了水下2D/3D目标检测识别的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请提出的水下摄像装置实施例中图形处理器和两个摄像头的连接示意图；

图2为本申请提出的水下摄像装置实施例的示意图，其中，两个摄像头集成于一体；

图3为本申请提出的水下摄像装置实施例的爆炸示意图，其中，两个摄像头集成于一体；

图4为本申请提出的水下摄像装置实施例的爆炸示意图；

图5为本申请提出的水下机器人实施例的示意图。

附图标号说明：

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

在相关技术中，基于工作原理的不同，目前使用的水下摄像机可分为数字摄像机与模拟摄像机。(1)数字摄像机有两种工作方式：一是将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里；二是直接捕捉影像，然后通过串、并口或者USB接口传到计算机里。(2)模拟摄像机捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用，因此模拟摄像机一般和视频采集卡或USB视频采集卡配套使用。

但是两种摄像机均存在以下弊端：缺乏独立的终端计算能力、不能实时处理水下实时图像和视频数据。且只能观察目标在二维平面内的运动，对于水下2D/3D动态目标的检测准确率不高，不适用于水下工作目标检测精确率要求高与实时性要求较高的场合。

因此，本发明提供了一种解决方案，通过将图形处理器集成至水下摄像机的壳体内，在水下实时处理摄像头采集的二维数据，从而获得高效精确的目标识别和数据水下终端实时获取与处理能力。

下面结合一些具体实施例进一步阐述本申请。

参阅图1和图2，本发明提供一种水下摄像机100。

本实施例中，水下摄像机100包括：壳体110、两个摄像头120以及GPU图形处理器130。

具体而言，壳体110可采用刚度强度较好的金属防锈材料，或具备相当强度的其他耐压材料制成，并在其内部提供安装空间以安装摄像头120和GPU图形处理器130，以在水下使用时，保护其内部的摄像头120、GPU图形处理器130，防止受到水下压力作用而受损。

所述两个摄像头120设置于壳体110的一端且彼此间隔设置，所述摄像头120用于采集水下环境的二维图像。两个摄像头120可左右布置，即左摄像头和右摄像头。两个摄像头120均设置于壳体110的一端并朝向一致，但是两者彼此间隔设置，从而摄像头120可以从不同的位置获取同一探测目标的多幅图像，进而使得两个摄像头120同时采集的一帧图形中对应点之间存在位置偏差。

可以理解的，摄像头120还可上下或者采用其他方式布置，本实施例对此并不限制。

所述GPU图形处理器130设置于所述壳体110内，且与所述摄像头120连接，用于接收所述摄像头120发送的两幅所述二维图像，基于两幅所述二维图像中对应点的位置偏差，获得所述水下环境的三维图像信息，并基于所述三维图像信息，识别出水下目标。

GPU图形处理器130利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，基于视差原理通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息，从而可精确并实时识别水下目标，具备高分辨率和高帧率3D视频捕捉，支持6-DOF位置检测与目标跟踪能力，能够得到目标的准确位置信息，极大地保证了水下2D/3D目标检测识别与数据采集的准确率与定位精度。

本实施例中，由于GPU图形处理器130布置于壳体110内，水下图像采集和图像处理工作可同时进行。相较于现有的图像采集在水下进行，而图像处理在水面进行，本实施例可较高效地完成水下复杂视频和图像数据的运算处理，保证目标检测的准确率、定位精度和实时性，避免数据在水下水上之间传输影响数据处理的实时性、准确性和实时有效性。

在一实施例中，水下摄像机还包括：

电源(未示出)，所述电源设置于所述壳体110内；

开关件140，所述开关件140穿设所述壳体110并延伸至所述壳体110内，且所述开关件140可在供电位置和充电位置之间切换，在所述供电位置，所述开关件140连接所述电源与所述图形处理器130，在所述充电位置，所述开关件140断开所述电源与所述图形处理器130之间的连接。

具体而言，电源和GPU图形处理器130一并集成在壳体110内，以支持GPU图形处理器130在水下处理数据。电源和GPU图形处理器130装载在密封性良好的壳体110内，能保证长时间的水下图像和数据采集得以顺利进行。电源可设置于壳体的另一端端部和GPU之间。

其中，由于水下摄像机在水下作业，为了确保水下作业正常进行，壳体110的密封结构均较好，此时，为了便于为电源充电，可增设一可移动的开关件140。在充电位置，开关件140连接所述电源与所述图形处理器130，从而使得电源为GPU图形处理器130正常供电。在供电位置，所述开关件140断开所述电源与所述图形处理器130之间的连接。此时，电源可正常充电。

即开关件140穿设所述壳体110并延伸至所述壳体110内，可确保开关件140始终将壳体110密封，并从壳体110外即可操作开关件140的状态，以在不影响壳体110的密封性能的情况下，实现对电源的控制。

在一实施例中，水下摄像机还包括：

至少两个彼此间隔设置的水密插接件160，所述水密插接件160设置于所述壳体110的另一端端部；

抽气螺栓150，所述抽气螺栓150设置于所述另一端端部，且所述抽气螺栓150设置于所述水密插接件160的一侧；

其中，所述开关件140设置在所述另一端端部，且与所述水密插接件160和所述抽气螺栓150均间隔设置。

其中水密接插件109可用于通信，以将数据导出。抽气螺栓110用于密封舱下水前密封性检测。水密接插件109、抽气螺栓110以及开关件140均设置于壳体110的另一端端部，以避免影响与之相对的另一端的摄像头120的正常作业。

在一实施例中，所述壳体包括：

一端开口的第一子壳体112；

第一盖板113，所述第一盖板113盖合所述开口；

第一密封件，所述第一密封件设置于所述第一盖板113上，以密封所述开口；

其中，所述开关件140、所述水密插接件160与所述抽气螺栓150均穿设于所述第一盖板113。

参阅图3和图4，第一子壳体112为一采用刚度强度较好的金属防锈材料制成的壳体结构，第一盖板113上安装有水密接插件160、抽气螺栓150等。第一盖板113朝向第一自壳体的一侧开有密封圈槽，第一盖板113盖合开口使得至于密封圈槽内的第一密封件产生预期形变。第一密封件可为o型圈，其由于受压产生预定形变，阻止壳体外侧液体进入第一子壳体112内，达到静密封效果。

在一实施例中，所述第一盖板113开设有螺纹孔，所述开关件140与所述螺纹孔螺纹配合。

本实施例中，开关件140可构造为水下旋钮开关。具体的：开关件140顺时针旋转到底时，电源给GPU图形处理器供电。当旋钮式防水开关逆时针旋转时，电源断开供电，此时可通过第一盖板113上预留的充电端口外接充电器给电源充电。

本实施例中，开关件140可构造为水下旋钮开关，通过旋钮操作实现位置状态切换，不仅操作简单而且可保证壳体的密封性能，避免再额外增设密封结构。

在一实施例中，所述壳体还包括：

第二子壳体111，所述第二子壳体111设置于所述第一子壳体112的另一端，且所述第二子壳体111具有摄像机仓；

第二盖板114，所述第二盖板114盖合所述摄像机仓，且所述第二盖板114沿所述第二盖板114的长度方向彼此间隔设置有两个镜头孔；

第二密封件，所述第二密封件设置于所述第二盖板114，以密封所述摄像机仓；

其中，两个摄像头120设置于所述摄像机仓内，并与所述镜头孔对应设置。

参阅图3和图4，壳体包括两部分，即第一子壳体112和第二子壳体111，其中，第一子壳体112为主体部分，用于保护其内部的GPU图形处理器和电源等零部件。而第二子壳体111设置于第一子壳体112另一端并凸出设置，两者连通。

第二子壳体111的宽度比第一子壳体112的宽度更宽，以满足左右间隔布置的摄像头的间距要求。此时，相较于摄像头和GPU处理器集成在同一壳体内，将两者分开布置可缩小第一子壳体112的宽度尺寸，从而降低成本，并提供第一自壳体的抗压能力，并缩短第二自壳体的高度尺寸，从而降低成本，并提供第一自壳体的抗压能力。

第二盖板114朝向摄像机仓的一侧开有密封圈槽，通过第二盖板114盖合摄像机仓使得置于密封圈槽内的第二密封件产生预期形变。第二密封件可为o型圈，其由于受压产生预定形变，阻止壳体外侧液体进入摄像机仓内，达到静密封效果。

第二盖板114上设有两个沿厚度方向贯穿第二盖板114的镜头孔。

在一实施例中，所述壳体还包括：

镜片116，所述镜片116设置于所述镜头孔内。

镜片限位件115，所述镜片限位件115与所述第二盖板114可拆卸地连接，以将所述镜片116压紧在所述镜头孔内。

参阅图4，在水下机器人工作时，难免发生水下机器人碰触水下物体的情况发生，为了避免镜头孔的密封性能受到影响，可增设一镜片限位件115确保摄像机仓的密封效果。

其中，镜片限位件115可采用聚四氟乙烯材质制成，具备一定的韧性，将镜片116及第三密封件通过螺钉组固定于第二盖板114上，同时不会因为施加较大的压紧力而压裂镜片116。镜片116可采用蓝宝石玻璃材质，具备较好的透光性。镜片限位件115压紧镜片116，通过压紧力将第三密封件固定压紧于第二盖板114的密封圈槽内。第三密封件为o型圈，其在密封圈槽内由于受压及密封圈槽公差产生预定形变，阻止密封舱外侧液体进入壳体内，达到静密封效果。

本发明还提出一种水下机器人，该水下机器人包括水下摄像装置100，该水下摄像装置的具体结构参照上述实施例，由于本水下机器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

参阅图5，水下机器人包括机架，机架上设置有动力推进装置，机架底部具有一框架结构，从而提供一安装空间以安装水下摄像装置100。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的申请构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种水下摄像装置，其特征在于，包括：

壳体；

2.根据权利要求1所述的水下摄像装置，其特征在于，还包括：

电源，所述电源设置于所述壳体内；

3.根据权利要求2所述的水下摄像装置，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求3所述的水下摄像装置，其特征在于，所述壳体包括：

一端开口的第一子壳体；

第一盖板，所述第一盖板盖合所述开口；

5.根据权利要求4所述的水下摄像装置，其特征在于，所述第一盖板开设有螺纹孔，所述开关件与所述螺纹孔螺纹配合。

6.根据权利要求4所述的水下摄像装置，其特征在于，所述壳体还包括：

7.根据权利6所述的水下摄像装置，其特征在于，所述壳体还包括：

镜片，所述镜片设置于所述镜头孔内；

8.根据权利要求7所述的水下摄像装置，其特征在于，所述镜片为蓝宝石镜片。

9.根据权利要求7所述的水下摄像装置，其特征在于，所述镜片限位件为聚四氟乙烯制品。

10.一种水下机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的水下摄像装置。