CN207057088U - 一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及海洋监测技术领域，更具体地涉及一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置。一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其中，包括驱动装置、清洁刷和支撑杆，所述支撑杆一端连接所述驱动装置，另一端连接所述清洁刷，所述驱动装置设在水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的中间，所述清洁刷设在水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的上方，所述清洁刷能紧贴所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头并对所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头进行清扫。本实用新型结构简单，使用方便，通过对水下视频摄像机的镜头及其照明光源镜头进行周期性清扫，从而实现防止生物附着污染水下视频摄像机的镜头及其照明光源镜头的目的。

Description

一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置

技术领域

本实用新型涉及海洋监测技术领域，更具体地涉及一种水下视频摄像机的镜头防污染装置及方法。

背景技术

随着海洋技术的不断进步和发展，人们对海洋生态系统的研究越来越深入，为了很好的把握水下生态系统的长期变化过程，提出了对海洋生态系统的长时间原位视频监控，监控方式采取每天定时定点全自动开机摄像监控后将视频数据传回远程实验室终端。而长期安放在海水中的视频摄像机的光学镜头以及用于配合视频摄像机工作的照明光源的镜头极易受到海水中生物及其他颗粒物以及油污等的污染，在很短时间内可能导致镜头受到严重污染，严重影响视频摄像清晰度和可靠性，更有甚者，当附着严重时，视频监控工作根本无法正常开展。因此，海水中工作摄像头的防污染装置及防污染方法是确保摄像头水下长时间正常工作的必要条件。

中国专利ZL 201010172037.4公开了一种锚链式海洋光学仪器窗口防生物附着装置，该装置主要由遮盖光学仪器窗口玻璃的铜板以及使该遮盖铜板从玻璃窗口移开和返回的驱动装置组成，其主要目的是利用铜的毒性和遮挡板的遮光性能破坏生物附着的条件。该发明虽然能够起到光学窗口表面防生物附着的作用，但铜质遮盖板在整个防污染过程中不可避免的会对周围环境及生物造成污染和伤害，同时，因驱动装置带动保护盖转动造成的功耗也大，且随着受保护窗口面积的增多，所需功耗会急剧增大。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置。本实用新型结构简单，使用方便，通过对水下视频摄像机的镜头及其照明光源镜头进行周期性清扫，破坏生物、无机颗粒物、油污等的附着环境，从而实现防止生物附着污染水下视频摄像机的镜头及其照明光源镜头的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其中，包括驱动装置、清洁刷和支撑杆，所述支撑杆一端连接所述驱动装置，另一端连接所述清洁刷，所述驱动装置设在水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的一侧，所述清洁刷设在水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的上方，所述清洁刷能紧贴所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头并对所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头进行清扫。

进一步的，所述清洁刷为一质地柔软且耐磨的胶刷，所述胶刷呈“V”字形，胶刷“V”字形的尖端紧贴所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头，水下视频摄像机镜头及其照明光源镜头为一平面玻璃，胶刷的尖端紧贴水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的玻璃面可确保清洁刷对下视频摄像机镜头和照明光源镜头的有效清洁。所述清洁刷的长度大于所述水下视频摄像机镜头直径和照明光源镜头直径中的较大值，以确保清洁刷的清扫路线在整个清扫过程中能够完整的覆盖所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头，真正达到清扫的目的。

进一步的，所述驱动装置包括水密套筒、驱动电机、电机工作控制系统、计数定位装置和清洁刷驱动轴，所述驱动电机、电机工作控制系统和清洁刷驱动轴设在所述水密套筒内，为便于密封，优选的，水密套筒为圆柱体，水密套筒采用防海水腐蚀材料，优选316L不锈钢，所述电机工作控制系统设在所述驱动电机的底部，并与驱动电机电连接，电机工作控制系统通过螺钉与驱动电机固定在一起，所述计数定位装置设在所述驱动电机的顶部，所述清洁刷驱动轴一端连接在所述驱动电机的输出轴上，清洁刷驱动轴通过连接螺钉与驱动电机的输出轴固定在一起，另一端穿出所述水密套筒与所述清洁刷连接。

进一步的，所述计数定位装置包括清洁刷定位感应片、清洁次数计数感应器、停止定位感应器和固定板，所述固定板设在所述驱动电机的顶部端面上，所述清洁次数计数感应器和停止定位感应器固定在所述固定板上，所述清洁刷定位感应片设在所述清洁刷驱动轴与所述驱动电机的输出轴连接的一端上，所述清洁刷定位感应片的安装高度与所述清洁次数计数感应器以及停止定位感应器的安装高度相配合。清洁次数计数感应器用于感应清洁刷清扫水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的次数，停止定位感应器用于配合清洁次数计数感应器可靠计数的同时，还用于准确定位清洁刷停止工作时所处的位置。

进一步的，所述清洁次数计数感应器和停止定位感应器为槽型光耦，所述清洁刷定位感应片在随所述清洁刷驱动轴转动的过程中，能分别穿过所述清洁次数计数感应器和停止定位感应器的感光区的中心位置。

进一步的，所述停止定位感应器设在所述固定板上靠近所述照明光源镜头的一侧，且能使所述清洁刷停在不会遮挡所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的位置上，这样是为了确保清洁刷对摄像机的视场角不造成影响，以及不会影响照明光源的出光光路。所述清洁次数计数感应器的固定位置有两种情况，第一种情况是，所述清洁次数计数感应器设在所述固定板上，且不跟所述停止定位感应器与所述清洁刷驱动轴中心的连线重合的位置上，也就是说，清洁次数计数感应器只要不跟所述停止定位感应器与所述清洁刷驱动轴中心的连线重合，可以设在所述固定板上其他的任意位置；这种情况下，所述清洁刷的转动方式为360度旋转。优选的，所述停止定位感应器设在照明光源镜头的一条切线上，该切线经过所述清洁刷驱动轴的中心，所述清洁次数计数感应器与清洁刷驱动轴的中心以及摄像机镜头的中心位置在一条直线上。

第二种情况是，所述清洁次数计数感应器设在所述固定板上，当所述清洁刷从所述停止定位感应器出发转动到所述清洁次数计数感应器时，已完整清扫过所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的位置上；这种情况下，所述清洁刷的转动方式既可以是360度旋转的转动方式，也可以是所述清洁刷从所述停止定位感应器出发转动到所述清洁次数计数感应器处后沿着原路反转回到所述停止定位感应器处的往复转动方式。这样既可以确保清洁刷对水下视频摄像机镜头和照明光源镜头进行完整的清扫，不会有地方遗漏或清扫不到，同时又可以确保清洁刷停止位置不影响摄像视场角及照明效果。

进一步的，所述水密套筒的顶端设有上封盖，所述清洁刷驱动轴从所述上封盖上穿出，所述水密套筒的底端设有下封盖，所述上封盖与所述水密套筒之间、所述清洁刷驱动轴与所述上封盖之间以及所述下封盖与所述水密套筒之间均设有密封圈，所述电机工作控制系统下方设有水密电缆，所述水密电缆一端连接电机工作控制系统，另一端从所述下封盖上穿出与外部供电系统连接。这样方便水密套筒内的驱动电机、电机工作控制系统、清洁次数计数感应器以及停止定位感应器的更换和维修，需要进行更换或维修时，可以通过打开水密套筒顶端的上封盖进行操作。

进一步的，所述电机工作控制系统包括具有I/O输出功能的微型单片机，微型单片机的I/O口作为驱动电机工作的供电控制端以及清洁刷的位置判断状态端。所述驱动电机与外部供电系统之间设有线性供电控制开关，所述线性供电控制开关通过第一I/O口与所述微型单片机连接，所述驱动电机在工作过程由微型单片机的第一I/O口控制线性供电控制开关来实现驱动电机的供电过程控制。所述清洁次数计数感应器和停止定位感应器分别通过第二I/O口和第三I/O口与所述微型单片机连接，清洁次数计数感应器的感应计数和停止定位感应器的停止定位过程是分别通过第二I/O口和第三I/O口将感应信息输入微型单片机处理器进行计数和状态处理的。

本实用新型还提供一种水下视频摄像机的镜头防污染方法，其中，包括以下步骤：

S1. 水下视频摄像机开始水下摄像工作，且照明光源未开启照明前，微型单片机将其上的各I/O口设置为低电平；

S2. 线性供电控制开关导通给驱动电机供电，驱动电机通电后，会驱动其输出轴带动清洁刷驱动轴转动，在此过程中清洁刷驱动轴会带动清洁刷对水下视频摄像机镜头和照明光源镜头进行清扫，清洁刷驱动轴还会同步携带清洁刷定位感应片转动；

S3. 当清洁刷定位感应片进入清洁次数计数感应器的槽型感光区时，微型单片机上用于记录清洁次数的第二I/O口探测到高电平，当清洁刷定位感应片进入停止定位感应器的槽型感光区时，微型单片机上用于判断停止清洁刷定位的第三I/O口探测到高电平；

S4. 微型单片机通过判断第二I/O口和第三I/O口的电平变化过程来感应水下视频摄像机镜头和照明光源镜头被清扫的次数，即：判断到第二I/O口由低电平变为高电平后又变为低电平，随后第三I/O口由低电平变为高电平后又变为低电平时，水下视频摄像机镜头和照明光源镜头被清扫的次数增加一次，连续感应N（N>1，优选的，N=3~5，具体视水质而定）次之后，当清洁刷定位感应片再经过停止定位感应器的槽型感光区时，第三I/O口由低电平变为高电平，微型单片机上与线性供电控制开关连接的第一I/O口输出高电平，线性供电控制开关断开，驱动电机断电停止工作，此时，一个完整的清洁过程结束。

为了确保水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的干净以及防污染装置现场工作的可靠性，水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的防污染装置每天需定时清扫水下视频摄像机镜头和照明光源镜头M次，M≧1，优选的，M≧6。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：

本实用新型提供的防污染装置及方法采用清洁刷对水下视频摄像机镜头及其照明光源镜头定时进行周期性的清扫，以破坏生物、无机颗粒物、油污等的附着环境，从而可以实现防止附着物污染水下视频摄像机镜头及其照明光源镜头的目的，而且本实用新型提供的防污染装置结构简单、功耗低、使用周期长；本实用新型提供的防污染装置及方法可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型防污染装置的结构示意图。

图2是本实用新型中驱动装置的结构示意图。

图3是本实用新型防污染装置与视频摄像头及照明光源配合安装结构示意图。

图4是本实用新型中电机工作控制系统组成结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1

如图1到图3所示，一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其中，包括驱动装置1、清洁刷2和支撑杆3，所述支撑杆3一端连接所述驱动装置1，另一端连接所述清洁刷2，所述驱动装置1设在水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5的中间，所述清洁刷2设在水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5的上方，所述清洁刷2能紧贴所述水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5并对所述水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5进行清扫。

如图1到图3所示，所述清洁刷2为一质地柔软且耐磨的胶刷，所述胶刷呈“V”字形，胶刷“V”字形的尖端紧贴所述水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5，水下视频摄像机镜头4及其照明光源镜头5为一平面玻璃，胶刷的尖端紧贴水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5的玻璃面可确保清洁刷2对下视频摄像机镜头和照明光源镜头5的有效清洁。所述清洁刷2的长度大于所述水下视频摄像机镜头4直径和照明光源镜头5直径中的较大值，以确保清洁刷2的清扫路线在整个清扫过程中能够完整的覆盖所述水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5，真正达到清扫的目的。

如图2所示，所述驱动装置1包括水密套筒6、驱动电机7、电机工作控制系统8、计数定位装置和清洁刷驱动轴9，所述驱动电机7、电机工作控制系统8和清洁刷驱动轴9设在所述水密套筒6内，为便于密封，优选的，水密套筒6为圆柱体，水密套筒6采用防海水腐蚀材料，优选316L不锈钢，所述电机工作控制系统8设在所述驱动电机7的底部，并与驱动电机7电连接，电机工作控制系统8通过螺钉与驱动电机7固定在一起，所述计数定位装置设在所述驱动电机7的顶部，所述清洁刷驱动轴9一端连接在所述驱动电机7的输出轴上，清洁刷驱动轴9通过连接螺钉与驱动电机7的输出轴固定在一起，另一端穿出所述水密套筒6与所述清洁刷2连接。

如图2所示，所述计数定位装置包括清洁刷定位感应片10、清洁次数计数感应器11、停止定位感应器12和固定板13，所述固定板13设在所述驱动电机7的顶部端面上，所述清洁次数计数感应器11和停止定位感应器12固定在所述固定板13上，所述清洁刷定位感应片10设在所述清洁刷驱动轴9与所述驱动电机7的输出轴连接的一端上，所述清洁刷定位感应片10的安装高度与所述清洁次数计数感应器11以及停止定位感应器12的安装高度相配合。清洁次数计数感应器11用于感应清洁刷2清扫水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5的次数，停止定位感应器12用于配合清洁次数计数感应器11可靠计数的同时，还用于准确定位清洁刷2停止工作时所处的位置。

本实施例中，所述清洁次数计数感应器11和停止定位感应器12为槽型光耦，所述清洁刷定位感应片10在随所述清洁刷驱动轴9转动的过程中，能分别穿过所述清洁次数计数感应器11和停止定位感应器12的感光区的中心位置。

如图2和图3所示，所述停止定位感应器12设在照明光源镜头5的一条切线上，该切线经过所述清洁刷驱动轴9的中心，所述清洁次数计数感应器与清洁刷驱动轴9的中心以及摄像机镜头的中心位置在一条直线上，所述清洁刷的转动方式为360度旋转。当然，所述清洁次数计数感应器的位置还可以设在其他位置，只要清洁次数计数感应器不跟所述停止定位感应器12与所述清洁刷驱动轴9中心的连线重合就可以。

如图1和图2所示，所述水密套筒6的顶端设有上封盖14，所述清洁刷驱动轴9从所述上封盖14上穿出，所述水密套筒6的底端设有下封盖15，所述上封盖14与所述水密套筒6之间、所述清洁刷驱动轴9与所述上封盖14之间以及所述下封盖15与所述水密套筒6之间均设有密封圈，所述电机工作控制系统8下方设有水密电缆16，所述水密电缆16一端连接电机工作控制系统8，另一端从所述下封盖15上穿出与外部供电系统连接。这样方便水密套筒6内的驱动电机7、电机工作控制系统8、清洁次数计数感应器11以及停止定位感应器12的更换和维修，需要进行更换或维修时，可以通过打开水密套筒6顶端的上封盖14进行操作。

如图4所示，所述电机工作控制系统8包括具有I/O输出功能的微型单片机17，微型单片机17的I/O口作为驱动电机7工作的供电控制端以及清洁刷2的位置判断状态端。所述驱动电机7与外部供电系统之间设有线性供电控制开关18，所述线性供电控制开关18通过第一I/O口19与所述微型单片机17连接，所述驱动电机7在工作过程由微型单片机17的第一I/O口19控制线性供电控制开关18来实现驱动电机7的供电过程控制。所述清洁次数计数感应器11和停止定位感应器12分别通过第二I/O口20和第三I/O口21与所述微型单片机17连接，清洁次数计数感应器11的感应计数和停止定位感应器12的停止定位过程是分别通过第二I/O口20和第三I/O口21将感应信息输入微型单片机17处理器进行计数和状态处理的。

本实施例的水下视频摄像机的镜头防污染装置的工作方法包括以下步骤：

S1. 水下视频摄像机开始水下摄像工作，且照明光源未开启照明前，微型单片机17将其上的各I/O口设置为低电平；

S2. 线性供电控制开关18导通给驱动电机7供电，驱动电机7通电后，会驱动其输出轴带动清洁刷驱动轴9转动，在此过程中清洁刷驱动轴9会带动清洁刷2对水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5进行清扫，清洁刷驱动轴9还会同步携带清洁刷定位感应片10转动；

S3. 当清洁刷定位感应片10进入清洁次数计数感应器11的槽型感光区时，微型单片机17上用于记录清洁次数的第二I/O口20探测到高电平，当清洁刷定位感应片10进入停止定位感应器12的槽型感光区时，微型单片机17上用于判断停止清洁刷2定位的第三I/O口21探测到高电平；

S4. 微型单片机17通过判断第二I/O口20和第三I/O口21的电平变化过程来感应水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5被清扫的次数，即：判断到第二I/O口20由低电平变为高电平后又变为低电平，随后第三I/O口21由低电平变为高电平后又变为低电平时，水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5被清扫的次数增加一次，连续感应三次之后，当清洁刷定位感应片10再经过停止定位感应器12的槽型感光区时，第三I/O口21由低电平变为高电平，微型单片机17上与线性供电控制开关18连接的第一I/O口19输出高电平，线性供电控制开关18断开，驱动电机7断电停止工作，此时，一个完整的清洁过程结束。

为了确保水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5的干净以及防污染装置现场工作的可靠性，水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5的防污染装置每天需定时清扫水下视频摄像机镜头4和照明光源镜头5八次。

实施例2

本实施例与实施例1类似，其区别在于，所述清洁次数计数感应器设在所述固定板上，当所述清洁刷从所述停止定位感应器出发转动到所述清洁次数计数感应器时，已完整清扫过所述水下视频摄像机镜头和照明光源镜头的位置上，所述清洁刷的转动方式为所述清洁刷从所述停止定位感应器出发转动到所述清洁次数计数感应器处后沿着原路反转回到所述停止定位感应器处的往复转动方式。本实施例的其他结构及工作原理与实施例1相同。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，包括驱动装置（1）、清洁刷（2）和支撑杆（3），所述支撑杆（3）一端连接所述驱动装置（1），另一端连接所述清洁刷（2），所述驱动装置（1）设在水下视频摄像机镜头（4）和照明光源镜头（5）的中间，所述清洁刷（2）设在水下视频摄像机镜头（4）和照明光源镜头（5）的上方，所述清洁刷（2）能紧贴所述水下视频摄像机镜头（4）和照明光源镜头（5）并对所述水下视频摄像机镜头（4）和照明光源镜头（5）进行清扫。

2.根据权利要求1所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述清洁刷（2）的长度略大于所述水下视频摄像机镜头（4）直径和照明光源镜头（5）直径中的较大值。

3.根据权利要求1所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述驱动装置（1）包括水密套筒（6）、驱动电机（7）、电机工作控制系统（8）、计数定位装置和清洁刷驱动轴（9），所述驱动电机（7）、电机工作控制系统（8）和清洁刷驱动轴（9）设在所述水密套筒（6）内，所述电机工作控制系统（8）设在所述驱动电机（7）的底部，并与驱动电机（7）电连接，所述计数定位装置设在所述驱动电机（7）的顶部，所述清洁刷驱动轴（9）一端连接在所述驱动电机（7）的输出轴上，另一端穿出所述水密套筒（6）与所述清洁刷（2）连接。

4.根据权利要求3所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述计数定位装置包括清洁刷定位感应片（10）、清洁次数计数感应器（11）、停止定位感应器（12）和固定板（13），所述固定板（13）设在所述驱动电机（7）的顶部端面上，所述清洁次数计数感应器（11）和停止定位感应器（12）固定在所述固定板（13）上，所述清洁刷定位感应片（10）设在所述清洁刷驱动轴（9）与所述驱动电机（7）的输出轴连接的一端上，所述清洁刷定位感应片（10）的安装高度与所述清洁次数计数感应器（11）以及停止定位感应器（12）的安装高度相配合。

5.根据权利要求4所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述清洁次数计数感应器（11）和停止定位感应器（12）为槽型光耦，所述清洁刷定位感应片（10）在随所述清洁刷驱动轴（9）转动的过程中，能分别穿过所述清洁次数计数感应器（11）和停止定位感应器（12）的感光区的中心位置。

6.根据权利要求4所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述停止定位感应器（12）设在所述固定板（13）上靠近所述照明光源镜头（5）的一侧，且能使所述清洁刷（2）停在不会遮挡所述水下视频摄像机镜头（4）和照明光源镜头（5）的位置上；所述清洁次数计数感应器（11）设在所述固定板（13）上，且所述清洁次数计数感应器（11）不与停止定位感应器（12）和清洁刷驱动轴（9）中心的连线重合，或者所述清洁次数计数感应器（11）设在所述固定板（13）上，当所述清洁刷（2）从所述停止定位感应器（12）出发转动到所述清洁次数计数感应器（11）时，所述清洁刷（2）已完整清扫过所述水下视频摄像机镜头（4）和照明光源镜头（5）。

7.根据权利要求3所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述水密套筒（6）的顶端设有上封盖（14），所述清洁刷驱动轴（9）从所述上封盖（14）上穿出，所述水密套筒（6）的底端设有下封盖（15），所述上封盖（14）与所述水密套筒（6）之间、所述清洁刷驱动轴（9）与所述上封盖（14）之间以及所述下封盖（15）与所述水密套筒（6）之间均设有密封圈，所述电机工作控制系统（8）下方设有水密电缆（16），所述水密电缆（16）一端连接电机工作控制系统（8），另一端从所述下封盖（15）上穿出与外部供电系统连接。

8.根据权利要求4所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述电机工作控制系统（8）包括具有I/O输出功能的微型单片机（17），所述驱动电机（7）与外部供电系统之间设有线性供电控制开关（18），所述线性供电控制开关（18）通过第一I/O口（19）与所述微型单片机（17）连接，所述清洁次数计数感应器（11）和停止定位感应器（12）分别通过第二I/O口（20）和第三I/O口（21）与所述微型单片机（17）连接。

9.根据权利要求1所述的一种水下视频摄像系统的镜头防污染装置，其特征在于，所述清洁刷（2）为一质地柔软且耐磨的胶刷，所述胶刷呈“V”字形，胶刷“V”字形的尖端紧贴所述水下视频摄像机镜头（4）和照明光源镜头（5）。