CN114900596B - 一种水下成像控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下成像控制系统及其方法，属于成像器材领域。系统包括控制单元、甲板单元和剖面单元；控制单元通过数据线与甲板单元相连，用于传输数据和控制信号；剖面单元包括成像器材、保护支架和密封舱；甲板单元通过通讯承重电缆能向成像器材供电和传输控制信号，并将成像器材采集到的数据和图像收集；成像器材固定于密封舱内部，密封舱上封闭设有透视窗，成像器材的采集端能通过透视窗对外进行图像采集；密封舱外设有保护支架。本发明的水下成像控制系统能够封装一般的成像器材，扩大其使用场景，使成像器材能更好的为科研、工作服务。能够有效适配多种成像系统，增加了成像系统的使用范围，增加了成像系统的操控范围。

Description

一种水下成像控制系统及其方法

技术领域

本发明属于成像器材领域，具体涉及一种水下成像控制系统及其方法。

背景技术

成像器材，例如电子相机，以及专业用途的摄影摄像设备等，一般只考虑在空气中的应用，防水气密性不佳，无法适用于水下的应用场景。而专门为水下使用场景设计的成像器材大部分的性能指标又不能满足专业的需求。同时水下场景的市场较小，厂家也不会投入大量资金和人力去开发专门用于水下场景的成像器材。这就使得涉及水下摄影摄像的相关工作无法很好的开展。

中国发明专利ZL201811534588.3公开了一种水下成像系统、水下成像设备及水下成像方法，其水下成像设备包括外壳、水上物体成像装置及水面波纹测量装置，水上物体成像装置和水面波纹测量装置均位于外壳内，外壳上设有光学窗口，水上物体成像装置用于透过光学窗口获取水上物体图像，水面波纹测量装置用于透过光学窗口获取水上物体成像对应的水面波纹的反射光斑的图像，处理器进行水面波纹重建并对水上物体的图像进行校正。虽然该设备可以用于水下成像，但是，由于将水上物体成像装置和水面波纹测量装置采用了同轴共光路结构，使得该设备的装置结构较为复杂，其测量结果的准确性取决于仪器加工的精度。

中国发明专利CN201911221383.4公开了一种用于水下的四目立体视觉成像系统及成像方法，该系统包括零浮力支架和安装在零浮力支架上的水下主控装置、水下供电与存储装置和四个水下成像与照明装置，四个水下成像与照明装置朝前后左右四个方向布置，水下供电与存储装置和四个水下成像与照明装置均通过零浮力电缆与水下主控装置相连；水下主控装置、水下供电与存储装置以及四个水下成像与照明装置各自具有独立的密封舱，且均采用零浮力结构。虽然该系统能够解决水下结构物平衡系统失衡问题，进而实现水下图像采集，但是，该成像系统无法采用现有技术中的设备，适用范围较窄。

因此，亟需提供一种新的水下成像控制系统及其方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种水下成像控制系统及其方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种水下成像控制系统，包括位于水面上方的控制单元和甲板单元以及位于水面下方的剖面单元；所述控制单元通过数据线与甲板单元相连，用于传输数据和控制信号；所述剖面单元包括成像器材、保护支架和密封舱；所述甲板单元通过通讯承重电缆能向所述成像器材供电和传输控制信号，并将成像器材采集到的数据和图像收集；所述成像器材固定于密封舱内部，密封舱上封闭设有透视窗，成像器材的采集端能通过透视窗对外进行图像采集；密封舱外设有保护支架。

作为优选，所述控制单元为计算机。

作为优选，所述密封舱包括上盖板、下盖板和桶身，三者共同围成封闭腔室；所述上盖板上设有若干水密接头和用于平衡封闭腔室内外气压的泄压阀，水密接头用于信号连接和集成；所述下盖板内侧设有用于固定成像器材的固定支架，下盖板上还设有透视窗；所述桶身外壁沿周向设有至少三个向外凸起的侧边条，侧边条上设有用于固定温度和盐度探头以及倾角探头的固定器。

进一步的，所述上盖板底部设有用于与桶身一端封闭相连的第一密封圈，下盖板顶部设有用于与桶身另一端封闭相连的第二密封圈；所述侧边条沿桶身轴向设置，两端分别与上盖板和下盖板通过螺丝连接，以实现上盖板、下盖板和桶身的固定。

进一步的，所述上盖板内侧还固定有数据集成电路，用于将成像器材、温度和盐度探头以及倾角探头的数据集成，并通过水密接头与通讯承重电缆相连。

进一步的，所述桶身为亚克力材质，透视窗为bk7玻璃材质。

进一步的，所述保护支架包括保护支架主体和底座；所述底座包括上下两个同轴固定连接且具有间隔的上圆环片和下圆环片，上圆环片顶部用于放置密封舱，通过下圆环片垫高密封舱以保护透视窗；所述保护支架主体包括固定环和连接杆，上圆环片周向均匀固定有若干竖向的连接杆；所有连接杆的一端与上圆环片的固定连接，另一端固定于固定环上；上圆环片、连接杆和固定环共同围成内部用于承装密封舱的框架结构。

更进一步的，所述保护支架主体和底座均采用钢材制作。

更进一步的，所述固定环顶部还设有用于固定通讯承重电缆的抓握部；位于固定器外侧的相邻连接杆之间还沿轴向间隔设有若干向外凸起的弧形杆，弧形杆用于保护温度和盐度探头以及倾角探头。

第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述水下成像控制系统的探测方法，具体如下：

首先将成像器材固定安装于密封舱内，并将通讯承重电缆通过上盖板的水密接头和数据集成电路与成像器材及探头相连，保证密封舱的封闭性；随后将通讯承重电缆与甲板单元相连，甲板单元通过数据线与控制单元相连，完成信号通路的连接；成像器材通过透视窗能对外进行图像采集，随后将采集的数据和图像通过信号通路传递至控制单元。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

本发明的水下成像控制系统能够封装一般的成像器材，扩大其使用场景，使成像器材能更好的为科研、工作服务。能够有效适配多种成像系统，增加了成像系统的使用范围，增加了成像系统的操控范围。

附图说明

图1是本发明的单元连接图；

图2是本发明剖面单元的结构示意图；

图3是保护支架的结构示意图；

图4是密封舱的结构示意图；

图5是上盖板的结构示意图；

图6是下盖板的结构示意图；

图中附图标记为：控制单元1、甲板单元2、通讯承重电缆3、保护支架4、保护支架主体41、固定环411、连接杆412、弧形杆413、底座42、上圆环片421、下圆环片422、抓握部43、密封舱5、上盖板51、下盖板52、桶身53、水密接头512、泄压阀513、透视窗522、固定支架523、侧边条531、固定器532、第一密封圈541、第二密封圈542。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本发明提供了一种水下成像控制系统，如图1所示，该水下成像控制系统主要包括控制单元1、甲板单元2、通讯承重电缆3和剖面单元。其中，控制单元 1和甲板单元2位于水面上方，控制单元1通过数据线与甲板单元2相连，用于传输数据和控制信号。剖面单元位于水面下方，如图2所示，剖面单元主要包括成像器材(图中未画出)、保护支架4和密封舱5。通讯承重电缆3用于连接甲板单元2和剖面单元，具体的，甲板单元2通过通讯承重电缆3能向成像器材供电和传输控制信号，并将成像器材采集到的数据和图像收集。成像器材固定于密封舱5内部，密封舱5上封闭设有透视窗522，成像器材的采集端能通过透视窗 522对外进行图像采集。密封舱5外设有保护支架4。

在本实施例中，控制单元1可以采用笔记本计算机或者台式计算机，并且安装有成像器材的控制软件和探头的数据采集软件。控制单元通过网线和usb连接线与甲板单元连接，通过甲板单元可以向成像器材供电和传输控制信号，也可以将成像器材采集的图像和探头数据进行保存。甲板单元用于信号传输和供电，电源输入口通过电源线连接220V外接交流电源，电源输出口通过接口与通讯承重电缆相连接；同时，信号接收接口连接通讯承重缆。

在本实施例中，通讯承重电缆3通过U型环两端分别连接甲板和保护支架，同时，在甲板端通过接头连接甲板单元，在水下端通过对应接口连接密封舱内的设备。

如图4所示，为本实施例提供的一种密封舱5优选结构，具体如下：

密封舱5包括上盖板51、下盖板52和桶身53，三者共同围成封闭腔室。如图5所示，上盖板51上设有多个水密接头512和泄压阀513。其中，水密接头 512用于信号连接和集成，包括数据传输接口和电源接口，数据传输接口和电源接口连接通讯承重缆对应接头以提供电源和信息传输，数据接口还连接温盐探头 (即温度和盐度探头)和倾角探头。泄压阀513用于平衡封闭腔室内外气压，方便上盖板51的开合。在实际应用时，上盖板51内侧还固定有数据集成电路，用于将成像器材、温度和盐度探头以及倾角探头的数据集成，并通过水密接头512 与通讯承重电缆3相连，通过通讯承重缆传输到控制单元，同时将220V交流电转换成24V直流电供成像系统和温盐探头、倾角探头使用。如图6所示，下盖板52内侧设有用于固定成像器材的固定支架523，下盖板52上还设有透视窗522。桶身53外壁沿周向设有至少三个向外凸起的侧边条531，侧边条531上设有用于固定温度和盐度探头以及倾角探头的固定器532。

透视窗522用于成像器材对外进行图像采集(如拍摄视频或图片)，因此要求采用折射率和水相近的材料，在本实施例中采用的为bk7玻璃材质。同时所述透视窗也有相应的密封胶圈，以保证密封舱的水密性。本实施例采用的成像系统为偏振图像系统，其镜头正对上盖板的玻璃口处，通过本系统的控制单元接收控制信号进行图像采集。

在实际应用时，上盖板51底部设有用于与桶身53一端封闭相连的第一密封圈541，下盖板52顶部设有用于与桶身53另一端封闭相连的第二密封圈542。侧边条531沿桶身53轴向设置，两端分别与上盖板51和下盖板52通过螺丝连接，以实现上盖板51、下盖板52和桶身53的固定。具体的，在本实施例中，上盖板51和下盖板52均有3个外延突起，突起部位有2个螺丝孔位。桶身53 由亚克力材质构成，内径与上盖板51、下盖板52的唇口相匹配，外径要与保护支架4的内径相匹配。桶身53外侧还有3个侧边条531，侧边条531高度和桶身一致，上下两端都有螺丝孔位，在上盖板51、下盖板52在盖上桶身53后，正对上盖板51和下盖板52的3个外延突起，以螺丝和上盖板51下盖板52固定在一起。

如图3所示，为本实施例提供的一种保护支架4优选结构，具体如下：

保护支架4包括保护支架主体41和底座42。底座42包括上下两个同轴固定连接且具有间隔的上圆环片421和下圆环片422，上圆环片421顶部用于放置密封舱5，通过下圆环片422垫高密封舱5以保护透视窗522。保护支架主体41 包括固定环411和连接杆412，上圆环片421周向均匀固定有若干竖向的连接杆 412。所有连接杆412的一端与上圆环片421的固定连接，另一端固定于固定环 411上。上圆环片421、连接杆412和固定环411共同围成内部用于承装密封舱 5的框架结构。在本实施例中，保护支架主体41和底座42均采用钢材制作。固定环411顶部还设有用于固定通讯承重电缆3的抓握部43。位于固定器532外侧的相邻连接杆412之间还沿轴向间隔设有若干向外凸起的弧形杆413，弧形杆 413用于保护温度和盐度探头以及倾角探头。

具体的，在本实施例中，上圆环片421和下圆环片422之间周向均匀通过6 根柱子焊接固定，上圆环片421和下圆环片422之间具有一定的间隔，从而使得透视窗522不直接与外接相接触。上圆环片421上设有6个螺丝孔和3个圆角矩形孔位，其中，螺丝孔用于连接保护支架主体，圆角矩形孔位用于对应侧边条 531两端的固定螺丝。保护支架主体的连接杆412有六根，6个柱子均匀分布，位置对应上圆环片421上的螺丝孔位，且柱子下端略长，突出部分有螺纹，用于和上圆环片421进行固定。4根柱子上部穿过固定环411连接在一起，并形成一个抓握部41，抓握部上打有孔洞，借由U型环和通讯承重电缆3相连。固定环 411上有3个圆角矩形孔位，对应侧边条531上端的螺丝位。

此外，保护支架4上还可以根据实际情况连接有配重物，配重物可选用铅块等重物。

实际使用时，首先将成像器材固定安装于密封舱5内，并将通讯承重电缆3 与成像器材及探头相连，保证密封舱5的封闭性。随后将通讯承重电缆3与甲板单元2相连，甲板单元2通过数据线与控制单元1相连，完成信号通路的连接。成像器材通过透视窗522能对外进行图像采集，随后将采集的数据和图像通过信号通路传递至控制单元1。

具体的，在本实施例中，先将成像器材固定在下盖板上，拧紧固定支架的螺丝，将数据和电源连接线插在上盖板内侧的数据电路的接头上。拧下泄压孔的水密接头，盖上上盖板，注意盖的过程中橡胶圈不要出现位移的现象。拧上泄压孔的水密接头，拧上边条上的螺丝。将温盐探头和倾角探头安装在固定器上，数据线连接数据接头。将保护支架主体从底座上卸下，放入密封舱，再将保护支架主体安装上底座上，拧上螺丝。将配重块装上保护支架上。通讯承重缆水下端连接水密接头和保护支架，水上端连接甲板单元和船舷，甲板单元连接电源和控制单元。将保护支架连同密封舱放入水中，控制单元查看成像器材的控制软件和温盐探头和倾角探头的数据采集软件，完成探测。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水下成像控制系统，其特征在于，包括位于水面上方的控制单元（1）和甲板单元（2）以及位于水面下方的剖面单元；所述控制单元（1）通过数据线与甲板单元（2）相连，用于传输数据和控制信号；所述剖面单元包括成像器材、保护支架（4）和密封舱（5）；所述甲板单元（2）通过通讯承重电缆（3）能向所述成像器材供电和传输控制信号，并将成像器材采集到的数据和图像收集；所述成像器材固定于密封舱（5）内部，密封舱（5）上封闭设有透视窗（522），成像器材的采集端能通过透视窗（522）对外进行图像采集；密封舱（5）外设有保护支架（4）；

所述密封舱（5）包括上盖板（51）、下盖板（52）和桶身（53），三者共同围成封闭腔室；所述上盖板（51）上设有若干水密接头（512）和用于平衡封闭腔室内外气压的泄压阀（513），水密接头（512）用于信号连接和集成；所述下盖板（52）内侧设有用于固定成像器材的固定支架（523），下盖板（52）上还设有透视窗（522）；所述桶身（53）外壁沿周向设有至少三个向外凸起的侧边条（531），侧边条（531）上设有用于固定温度和盐度探头以及倾角探头的固定器（532）；所述保护支架（4）包括保护支架主体（41）和底座（42）；所述底座（42）包括上下两个同轴固定连接且具有间隔的上圆环片（421）和下圆环片（422），上圆环片（421）顶部用于放置密封舱（5），通过下圆环片（422）垫高密封舱（5）以保护透视窗（522）；所述保护支架主体（41）包括固定环（411）和连接杆（412），上圆环片（421）周向均匀固定有若干竖向的连接杆（412）；所有连接杆（412）的一端与上圆环片（421）的固定连接，另一端固定于固定环（411）上；上圆环片（421）、连接杆（412）和固定环（411）共同围成内部用于承装密封舱（5）的框架结构。

2.根据权利要求1所述的水下成像控制系统，其特征在于，所述控制单元（1）为计算机。

3.根据权利要求1所述的水下成像控制系统，其特征在于，所述上盖板（51）底部设有用于与桶身（53）一端封闭相连的第一密封圈（541），下盖板（52）顶部设有用于与桶身（53）另一端封闭相连的第二密封圈（542）；所述侧边条（531）沿桶身（53）轴向设置，两端分别与上盖板（51）和下盖板（52）通过螺丝连接，以实现上盖板（51）、下盖板（52）和桶身（53）的固定。

4.根据权利要求1所述的水下成像控制系统，其特征在于，所述上盖板（51）内侧还固定有数据集成电路，用于将成像器材、温度和盐度探头以及倾角探头的数据集成，并通过水密接头（512）与通讯承重电缆（3）相连。

5.根据权利要求1所述的水下成像控制系统，其特征在于，所述桶身（53）为亚克力材质，透视窗（522）为bk7玻璃材质。

6.根据权利要求1所述的水下成像控制系统，其特征在于，所述保护支架主体（41）和底座（42）均采用钢材制作。

7.根据权利要求1所述的水下成像控制系统，其特征在于，所述固定环（411）顶部还设有用于固定通讯承重电缆（3）的抓握部（43）；位于固定器（532）外侧的相邻连接杆（412）之间还沿轴向间隔设有若干向外凸起的弧形杆（413），弧形杆（413）用于保护温度和盐度探头以及倾角探头。

8.一种利用权利要求1~7任一所述水下成像控制系统的探测方法，其特征在于，具体如下：

首先将成像器材固定安装于密封舱（5）内，并将通讯承重电缆（3）通过上盖板的水密接头（512）和数据集成电路与成像器材及探头相连，保证密封舱（5）的封闭性；随后将通讯承重电缆（3）与甲板单元（2）相连，甲板单元（2）通过数据线与控制单元（1）相连，完成信号通路的连接；成像器材通过透视窗（522）能对外进行图像采集，随后将采集的数据和图像通过信号通路传递至控制单元（1）。