CN114189658B - 一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，涉及潜水器技术领域，包括载人舱外高清摄像机组、载人舱外视频舱、载人舱内视频箱和多个视频显示器；载人舱外高清摄像机组用于生成多路视频信号并通过光纤传输至载人舱外视频舱；载人舱外视频舱与载人舱内视频箱通过一根水密光缆进行信号传输，载人舱外视频舱用于将多路视频信号转换成带有时间信息的单路光信号传输至载人舱内视频箱；载人舱内视频箱与多个视频显示器通过网络连接，载人舱内视频箱用于将带有时间信息的单路光信号转换成多路光信号，并筛选出有效视频信号，对有效视频信号解码后在视频显示器上进行展示。该系统具有视频传输延迟小且不易受干扰、占用穿舱孔少的优点。

Description

一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统

技术领域

本发明涉及潜水器技术领域，尤其是一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统。

背景技术

深海载人潜水器是引领深海装备相关技术和产业链发展的重要装备，它可以搭载相关领域科学家和工程技术人员亲临海底，通过专业人员的观察、分析和操作，开展诸如深海科考、打捞救援和检测维修等各种作业任务。我国目前已经研制成功“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号三台深海载人潜水器，其中“奋斗者”号可在全海深范围内执行各种任务。

由于深海巨大的水压限制，深海载人潜水器一般都采用球形耐压舱作为载人舱，预留观察窗供人员观察海底使用。但观察窗尺寸和数量有限，下潜人员只能观察有限的海底区域。因此，载人潜水器都会在载人舱外配置多台摄像机用于辅助下潜人员观察、作业，对保障载人潜水器的安全和提高作业效率起到重要作用。而水下视频采集、传输和重现通常采用同轴电缆或网线等介质将摄像机的视频信号以电信号的形式直接传输进载人舱内，再通过视频显示器进行显示。这种方式存在以下问题：在高水压的作用下，这些传输电信号的电缆的传输速率会受到较为严重的影响，导致视频传输延迟大、清晰度降低等问题；载人潜水器在作业时产生的复杂电磁环境会对视频的传输造成很大的干扰，影响视频质量；所有摄像机的视频都要集中传输至载人舱内进行显示和存储，电缆会占用宝贵的载人舱穿舱孔，从而导致穿舱孔数量增加，增加了载人舱的加工难度，降低结构和密封的安全性。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，本发明的技术方案如下：

一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，包括载人舱外高清摄像机组、载人舱外视频舱、载人舱内视频箱和多个视频显示器；

载人舱外高清摄像机组围绕载人潜水器分布，用于采集载人潜水器周围环境、生成多路视频信号并通过光纤传输至载人舱外视频舱；载人舱外视频舱与载人舱内视频箱通过一根水密光缆进行信号传输，载人舱外视频舱用于将多路视频信号转换成带有时间信息的单路光信号传输至载人舱内视频箱；载人舱内视频箱和多个视频显示器安装于载人潜水器的载人舱内，载人舱内视频箱与多个视频显示器通过网络连接，载人舱内视频箱用于将带有时间信息的单路光信号转换成多路光信号，并筛选出有效视频信号，对有效视频信号解码后在多个视频显示器上进行展示。

其进一步的技术方案为，载人舱外视频舱包括视频分离与再合成模块、第一波分复用器和用于为视频舱内的电子设备供电的第一电源模块；视频分离与再合成模块的每个输入端通过光纤与载人舱外高清摄像机组相连，视频分离与再合成模块的每个输出端通过光纤与第一波分复用器的多端相连，视频分离与再合成模块用于将每一路视频信号分成红、绿、蓝三种数字信号，并按照红、绿、蓝的顺序合成为一组数字信号，在每组数字信号中添加接收数据时的时间信息，将多组带有时间信息的数字信号转换成带有时间信息的多路光信号并按照特定频率发送；第一波分复用器的单端通过水密光缆的其中一光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过光纤插座的光纤尾纤接入载人舱内视频箱，第一波分复用器用于将带有时间信息的多路光信号合成带有时间信息的单路光信号进行传输。

其进一步的技术方案为，载人舱内视频箱包括第二波分复用器、视频接收与处理模块、光端机组、视频编解码单元、无压缩录像机和用于为视频箱内的电子设备供电的第二电源模块；第二波分复用器的单端通过光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过与光纤插座连接的水密光缆的其中一光纤接入载人舱外视频舱，第二波分复用器的多端通过光纤与视频接收与处理模块的每个输入端相连，第二波分复用器用于将带有时间信息的单路光信号分成带有时间信息的多路光信号进行传输；视频接收与处理模块的每个输出端通过光纤与光端机组的一端相连，视频接收与处理模块用于将带有时间信息的多路光信号转换成多组数字信号，每组数字信号均按照红、绿、蓝的顺序合成，按照时间信息将同一时刻下的数字信号的多个数据进行比对，若有超过预定数量的数据相同则认为该时刻下的数字信号正常，将一组正常的数字信号合成为一路有效视频信号传输；光端机组的另一端通过同轴电缆与视频编解码单元相连，光端机组用于进行光电信号的转换；视频编解码单元用于对有效视频信号解码，分别用于环通输出和压缩；无压缩录像机与视频编解码单元连接，无压缩录像机集显示和存储于一体，用于显示和存储经视频编解码单元解码环通输出的未经压缩的有效视频。

其进一步的技术方案为，载人舱外视频舱还包括第一光端机和串口控制器，串口控制器的一端通过串口线水密电缆连接载人舱外高清摄像机组，另一端连接第一光端机的一端，第一光端机的另一端通过水密光缆的其中另一光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过光纤插座的光纤尾纤接入载人舱内视频箱，串口控制器用于串口通讯，第一光端机用于进行光电信号的转换，以传输载人舱内发出的操控信号，操控信号包括摄像机的调焦和调距信号。

其进一步的技术方案为，系统还包括便携操控盒，载人舱内视频箱还包括第二光端机，第二光端机的一端通过光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过与光纤插座连接的水密光缆的其中另一光纤接入载人舱外视频舱，第二光端机的另一端通过串口线连接便携操控盒，第二光端机用于进行光电信号的转换，以传输便携操控盒发出的操控信号，操控信号包括摄像机的调焦和调距信号。

其进一步的技术方案为，系统还包括外部传输给视频编解码单元的潜水器数据，载人舱内视频箱还包括与视频编解码单元连接的硬盘；视频编解码单元用于对潜水器数据和有效视频信号进行压缩、编码，将潜水器数据叠加在有效视频信号中；硬盘用于存储经视频编解码单元编码输出的压缩后的有效视频信号；其中，潜水器数据至少包括潜水器深度、艏向角和经纬度数据。

其进一步的技术方案为，系统还包括云台，云台包括左舷云台和右舷云台，分别安装在载人潜水器正前左和正前右的位置，均具有左右和俯仰两个转动自由度；左舷云台和右舷云台通过串口线水密电缆连接串口控制器的一端，操控信号还包括云台的转动信号。

其进一步的技术方案为，载人舱外高清摄像机组包括位于载人潜水器的正前左、正前右、斜前左、斜前右、左侧、右侧、艉部左、艉部右和底部安装位置处的九台载人舱外高清摄像机，其中位于正前左、正前右的载人舱外高清摄像机相应安装在左舷云台和右舷云台上。

其进一步的技术方案为，视频显示器包括多台相同的触摸平板电脑，用于运行视频显示终端，多个视频显示终端用于显示各个时间段内经解码后的有效视频。

其进一步的技术方案为，系统还包括无线路由器，无线路由器用于建立载人舱内视频箱和移动式视频显示器之间的无线网络连接。

本发明的有益技术效果是：

本系统将在载人舱外采集的多路视频信号通过光纤传输的方式在载人舱外视频舱中转换成带有时间信息的单路光信号，通过一根两芯光缆传输至载人舱内视频箱中，采用一根两芯光缆减少了载人潜水器穿舱孔的数量，在载人舱内视频箱中根据时间信息和数据对比筛选出有效视频信号，进一步减少传输造成的干扰，经过解码后在多个视频显示器上进行展示，光传播的方式具有传输链路简单、视频传输延迟小、视频不易受干扰、占用穿舱孔少的优点；而且本系统通过串口方式对载人舱外高清摄像机组和云台进行操控，能够采集更大范围的视频信号，还原载人潜水器周围环境。

附图说明

图1是本申请提供的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请提供了一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，如图1所示，包括载人舱外高清摄像机组1、载人舱外视频舱2、载人舱内视频箱3和多个视频显示器4。可选的，还包括便携操控盒5、云台6、潜水器数据7和无线路由器8。其中，载人舱外视频舱2与载人舱内视频箱3通过一根两芯的水密光缆9进行信号传输，载人舱内视频箱3、多个视频显示器4、便携操控盒5、潜水器数据7和无线路由器8均置于载人潜水器的载人舱内，载人舱内视频箱3分别与多个视频显示器4、潜水器数据7和无线路由器8通过网络连接。

载人舱外高清摄像机组1围绕载人潜水器分布，用于采集载人潜水器周围环境、生成多路视频信号并通过光纤传输至载人舱外视频舱2。具体的，载人舱外高清摄像机组1包括位于载人潜水器的正前左、正前右、斜前左、斜前右、左侧、右侧、艉部左、艉部右和底部安装位置处的九台载人舱外高清摄像机，能够采集载人潜水器各个方位的视频信号，本申请并不限定载人舱外高清摄像机在载人潜水器上的具体安装位置和数量，可以根据实际情况而定。

载人舱外视频舱2用于将多路视频信号转换成带有时间信息的单路光信号传输至载人舱内视频箱3中。具体的，载人舱外视频舱2包括视频分离与再合成模块21、第一波分复用器22和用于为视频舱内的电子设备供电的第一电源模块23。可选的，还包括第一光端机24和串口控制器25。视频分离与再合成模块21的每个输入端通过光纤与载人舱外高清摄像机组1相连，视频分离与再合成模块21的每个输出端通过光纤与第一波分复用器22的多端相连，视频分离与再合成模块21用于将每一路视频信号分成红、绿、蓝三种数字信号，并按照红、绿、蓝的顺序合成为一组数字信号，在每组数字信号中添加接收数据时的时间信息，将多组带有时间信息的数字信号转换成带有时间信息的多路光信号并按照特定频率发送。第一波分复用器22的单端通过水密光缆9的其中一光纤连接到载人潜水器穿舱孔10的光纤插座，再通过光纤插座的光纤尾纤接入载人舱内视频箱3，第一波分复用器22用于将带有时间信息的多路光信号合成带有时间信息的单路光信号进行传输。串口控制器25的一端通过串口线水密电缆连接载人舱外高清摄像机组1，另一端连接第一光端机24的一端，第一光端机24的另一端通过水密光缆9的其中另一光纤连接到载人潜水器穿舱孔10的光纤插座，再通过光纤插座的光纤尾纤接入载人舱内视频箱3，串口控制器25用于串口通讯，第一光端机24用于进行光电信号的转换，以传输载人舱内发出的操控信号，操控信号包括摄像机的调焦和调距信号。

载人舱内视频箱3用于将带有时间信息的单路光信号转换成多路光信号，并筛选出有效视频信号，对有效视频信号解码后在多个视频显示器4上进行展示。具体的，载人舱内视频箱3包括第二波分复用器31、视频接收与处理模块32、光端机组33、视频编解码单元34、无压缩录像机35和用于为视频箱内的电子设备供电的第二电源模块36。可选的，还包括第二光端机37和硬盘38。第二波分复用器31的单端通过光纤连接到载人潜水器穿舱孔10的光纤插座，再通过与光纤插座连接的水密光缆9的其中一光纤接入载人舱外视频舱2，第二波分复用器31的多端通过光纤与视频接收与处理模块32的每个输入端相连，第二波分复用器31用于将带有时间信息的单路光信号分成带有时间信息的多路光信号进行传输。视频接收与处理模块32的每个输出端通过光纤与光端机组33的一端相连，视频接收与处理模块32用于将带有时间信息的多路光信号转换成多组数字信号，每组数字信号均按照红、绿、蓝的顺序合成，按照时间信息将同一时刻下的数字信号的多个数据进行比对，若有超过预定数量的数据相同则认为该时刻下的数字信号正常，将一组正常的数字信号合成为一路有效视频信号传输，否则将这组非正常的数字信号删除。光端机组33的另一端通过同轴电缆与视频编解码单元34相连，光端机组33用于进行光电信号的转换。

视频编解码单元34用于对有效视频信号解码，分别用于环通输出和压缩。具体的，无压缩录像机35与视频编解码单元34连接，无压缩录像机35集显示和存储于一体，用于显示和存储经视频编解码单元34解码环通输出的未经压缩的有效视频。视频编解码单元34用于对潜水器数据7和有效视频信号进行压缩、编码，将潜水器数据7叠加在有效视频信号中，硬盘38与视频编解码单元34连接，用于存储经视频编解码单元34编码输出的压缩后的有效视频信号。其中，潜水器数据7至少包括潜水器深度、艏向角和经纬度数据。

第二光端机37的一端通过光纤连接到载人潜水器穿舱孔10的光纤插座，再通过与光纤插座连接的水密光缆9的其中另一光纤接入载人舱外视频舱2，第二光端机37的另一端通过串口线连接便携操控盒5，第二光端机37用于进行光电信号的转换，以传输便携操控盒5发出的操控信号，操控信号包括摄像机的调焦和调距信号。

可选的，便携操控盒5包括左便携操控盒51和右便携操控盒52，便携操控盒5不使用时放置于专用托架上，使用时，操作人员可将任意操控盒拿起，进行任意载人舱外高清摄像机组1的调焦和调距操作，也可对任意云台6进行左右和俯仰的旋转操作。

云台6包括左舷云台61和右舷云台62，分别安装在载人潜水器正前左和正前右的位置，均具有左右和俯仰两个转动自由度。左舷云台61和右舷云台62通过串口线水密电缆连接串口控制器25的一端，因此操控信号还包括云台6的转动信号。

可选的，位于正前左、正前右的载人舱外高清摄像机相应安装在左舷云台61和右舷云台62上。因此能够采集更大范围的视频信号，还原载人潜水器周围环境。

视频显示器4包括多台相同的触摸平板电脑，用于运行视频显示终端，多个视频显示终端通过网络通讯的方式从载人舱内视频箱3中获取各个时间段内经解码后的有效视频，可以进行单路和多路视频的切换显示。

无线路由器8用于建立载人舱内视频箱3和移动式视频显示器4之间的无线网络连接，为更多的视频显示终端预留连接的无线网路接口。

本系统将在载人舱外采集的多路视频信号通过光纤传输的方式在载人舱外视频舱中转换成带有时间信息的单路光信号，通过一根两芯光缆传输至载人舱内视频箱中，采用一根两芯光缆减少了载人潜水器穿舱孔的数量，在载人舱内视频箱中根据时间信息和数据对比筛选出有效视频信号，进一步减少传输造成的干扰，经过解码后在多个视频显示器上进行展示，光传播的方式具有传输链路简单、视频传输延迟小、视频不易受干扰、占用穿舱孔少等优点。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，包括载人舱外高清摄像机组、载人舱外视频舱、载人舱内视频箱和多个视频显示器；

所述载人舱外高清摄像机组围绕载人潜水器分布，用于采集载人潜水器周围环境、生成多路视频信号并通过光纤传输至所述载人舱外视频舱；所述载人舱外视频舱与所述载人舱内视频箱通过一根水密光缆进行信号传输，所述载人舱外视频舱用于将多路视频信号转换成带有时间信息的单路光信号传输至所述载人舱内视频箱；所述载人舱内视频箱和多个视频显示器安装于所述载人潜水器的载人舱内，所述载人舱内视频箱与多个所述视频显示器通过网络连接，所述载人舱内视频箱用于将带有时间信息的单路光信号转换成多路光信号，并筛选出有效视频信号，对所述有效视频信号解码后在多个所述视频显示器上进行展示；

所述载人舱外视频舱包括视频分离与再合成模块、第一波分复用器和用于为视频舱内的电子设备供电的第一电源模块；所述视频分离与再合成模块的每个输入端通过光纤与所述载人舱外高清摄像机组相连，所述视频分离与再合成模块的每个输出端通过光纤与所述第一波分复用器的多端相连，所述视频分离与再合成模块用于将每一路视频信号分成红、绿、蓝三种数字信号，并按照红、绿、蓝的顺序合成为一组数字信号，在每组数字信号中添加接收数据时的时间信息，将多组带有时间信息的数字信号转换成带有时间信息的多路光信号并按照特定频率发送；所述第一波分复用器的单端通过所述水密光缆的其中一光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过所述光纤插座的光纤尾纤接入所述载人舱内视频箱，所述第一波分复用器用于将带有时间信息的多路光信号合成带有时间信息的单路光信号进行传输。

2.根据权利要求1所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述载人舱内视频箱包括第二波分复用器、视频接收与处理模块、光端机组、视频编解码单元、无压缩录像机和用于为视频箱内的电子设备供电的第二电源模块；所述第二波分复用器的单端通过光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过与所述光纤插座连接的水密光缆的其中一光纤接入所述载人舱外视频舱，所述第二波分复用器的多端通过光纤与所述视频接收与处理模块的每个输入端相连，所述第二波分复用器用于将所述带有时间信息的单路光信号分成带有时间信息的多路光信号进行传输；所述视频接收与处理模块的每个输出端通过光纤与所述光端机组的一端相连，所述视频接收与处理模块用于将所述带有时间信息的多路光信号转换成多组数字信号，每组所述数字信号均按照红、绿、蓝的顺序合成，按照所述时间信息将同一时刻下的数字信号的多个数据进行比对，若有超过预定数量的数据相同则认为该时刻下的数字信号正常，将一组正常的数字信号合成为一路有效视频信号传输；所述光端机组的另一端通过同轴电缆与所述视频编解码单元相连，所述光端机组用于进行光电信号的转换；所述视频编解码单元用于对所述有效视频信号解码，分别用于环通输出和压缩；所述无压缩录像机与所述视频编解码单元连接，所述无压缩录像机集显示和存储于一体，用于显示和存储经所述视频编解码单元解码环通输出的未经压缩的有效视频。

3.根据权利要求1所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述载人舱外视频舱还包括第一光端机和串口控制器，所述串口控制器的一端通过串口线水密电缆连接所述载人舱外高清摄像机组，另一端连接所述第一光端机的一端，所述第一光端机的另一端通过所述水密光缆的其中另一光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过所述光纤插座的光纤尾纤接入所述载人舱内视频箱，所述串口控制器用于串口通讯，所述第一光端机用于进行光电信号的转换，以传输载人舱内发出的操控信号，所述操控信号包括摄像机的调焦和调距信号。

4.根据权利要求1所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述系统还包括便携操控盒，所述载人舱内视频箱还包括第二光端机，所述第二光端机的一端通过光纤连接到载人潜水器穿舱孔的光纤插座，再通过与所述光纤插座连接的水密光缆的其中另一光纤接入所述载人舱外视频舱，所述第二光端机的另一端通过串口线连接所述便携操控盒，所述第二光端机用于进行光电信号的转换，以传输所述便携操控盒发出的操控信号，所述操控信号包括摄像机的调焦和调距信号。

5.根据权利要求2所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述系统还包括外部传输给所述视频编解码单元的潜水器数据，所述载人舱内视频箱还包括与所述视频编解码单元连接的硬盘；所述视频编解码单元用于对所述潜水器数据和有效视频信号进行压缩、编码，将所述潜水器数据叠加在所述有效视频信号中；所述硬盘用于存储经所述视频编解码单元编码输出的压缩后的有效视频信号；其中，所述潜水器数据至少包括潜水器深度、艏向角和经纬度数据。

6.根据权利要求3所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述系统还包括云台，所述云台包括左舷云台和右舷云台，分别安装在载人潜水器正前左和正前右的位置，均具有左右和俯仰两个转动自由度；所述左舷云台和右舷云台通过串口线水密电缆连接所述串口控制器的一端，所述操控信号还包括所述云台的转动信号。

7.根据权利要求6所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述载人舱外高清摄像机组包括位于所述载人潜水器的正前左、正前右、斜前左、斜前右、左侧、右侧、艉部左、艉部右和底部安装位置处的九台载人舱外高清摄像机，其中位于正前左、正前右的载人舱外高清摄像机相应安装在所述左舷云台和右舷云台上。

8.根据权利要求1-7任一所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述视频显示器包括多台相同的触摸平板电脑，用于运行视频显示终端，多个所述视频显示终端用于显示各个时间段内经解码后的有效视频。

9.根据权利要求1-7任一所述的深海载人潜水器视频采集、传输和重现系统，其特征在于，所述系统还包括无线路由器，所述无线路由器用于建立所述载人舱内视频箱和移动式视频显示器之间的无线网络连接。

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