CN209710191U - 转轮式水下偏振相机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种转轮式水下偏振相机，包括密封舱和通过内部支架安装在密封舱内的照明模块、成像单元、偏振模块、控制单元和电源模块；所述照明模块、成像单元、偏振模块均与控制单元相连，电源模块为整个转轮式水下偏振相机提供工作电压；其中，所述照明模块用于照亮目标物，所述偏振模块将入射光进行偏振处理，使照射到成像单元上的光偏振方向一致；所述成像单元对目标物进行偏振光成像。本实用新型结构合理、操作简单，能够快速的拍摄到水下物体的偏振图像。

Description

转轮式水下偏振相机

技术领域

本实用新型涉及一种水下偏振信息测量装置，尤其涉及一种转轮式水下偏振相机。

背景技术

偏振信息是光所包含的一种重要信息，光在经过不同物体反射后偏振信息会有所更改，因此通过拍摄物体的偏振照片可以有效的了解物体表面反射、散射信息，可提高成像探测能力。

随着人类对海洋研究的不断深入，人们对水下成像也有着更高的要求，但是由于水体中漂浮着各种细小颗粒会对光造成较大的散射，加之水体对光的吸收，光能量在水中迅速衰减，使水下成像出现模糊的效果，对比度低。若水下成像系统附有水下光源，则水体的后向散射会极大的加剧雾化现象，这使人们无法获取清晰的水下图像。因此利用物体的偏振信息来获得偏振图像增加图像对比度是一种十分具有前景的探测方法。

实用新型内容

针对现有技术中的不足，本实用新型提供了一种转轮式水下偏振相机，通过旋转安装有不同偏振片的偏振片转轮来获取物体的偏振照片，以一种低成本的方式实现在水中对偏振信息的采集和处理。

为了解决以上技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种转轮式水下偏振相机，包括密封舱和通过内部支架安装在密封舱内的照明模块、成像单元、偏振模块、控制单元和电源模块；所述照明模块、成像单元、偏振模块均与控制单元相连，电源模块为整个转轮式水下偏振相机提供工作电压；其中，所述照明模块用于照亮目标物，所述偏振模块将入射光进行偏振处理，使照射到成像单元上的光偏振方向一致；所述成像单元对目标物进行偏振光成像。

进一步的，所述偏振模块包括偏振片、偏振片转轮、转轮驱动装置；所述偏振片嵌入在偏振片转轮上；所述偏振片转轮为带有偏振片安装槽的齿轮；所述转轮驱动装置通过齿轮转动来驱动偏振片转轮的运动。

进一步的，所述偏振片转轮共有三个偏振片安装槽，在每个安装槽旁均装有用于探测偏振片转轮位置的位置传感器；所述三个偏振片安装槽分别安装有0°线偏振片、45°线偏振片、90°线偏振片。

进一步的，所述成像单元包括依次连接且布置在同一光轴上的成像镜组和相机；所述偏振片布置于成像镜组和相机中间，且与相机位于同一光轴上。

进一步的，所述成像镜组包括光学变焦镜头或长工作距离成像物镜，所述光学变焦镜头或长工作距离物镜的光学放大倍率大于2倍。

进一步的，所述照明模块包括环形支架和LED组合阵列；所述环形支架与成像镜组同轴并固定在内部支架上；所述LED阵列包括多个独立的LED灯且所有的LED灯按圆周均匀安装在环形支架内；控制单元通过打开或关闭LED阵列中某些LED灯来控制照明的亮度。

进一步的，所述控制单元包括微型工控机，微型工控机分别与相机和转轮驱动装置相连，向转轮驱动装置发送转动信号并通过偏振片转轮上的位置传感器获得转轮位置，向相机发送拍照信号以获得目标物体的一组偏振图像。

进一步的，所述控制单元还包括发送端光端机，微型工控机将图片和图片所对应的偏振角度信息通过发送端光端机发送至上位机。

进一步的，所述发送端光端机通过水下光电复合缆与上位机通信。

进一步的，所述密封舱主要由腔体、安装在腔体前端的前端盖和安装在腔体后端的后端盖组成，通过O形圈实现静密封，前端盖安装有一块透明耐压玻璃，后端盖安装一个水密接插件，所述水密接插件用于密封舱内部与外部实现信号传输或电力传输。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型采用偏振片转轮来切换相机前的偏振片，可以在不增加相机数量的情况下获得不同方向的偏振图像，避免了分光导致的图像对比度低的问题，可实现水下物体反射光的斯托克斯分量的I、Q、U分量的计算，适合水下弱光环境；

本实用新型采用环形LED阵列提供水下照明，照明光场聚焦在成像区域，并且LED亮度可调，可有效避免光照过强导致的照片模糊问题；

本实用新型结构简单，布放方便，可较快的获取水下物体的偏振信息，满足实际需求。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的整体连接框图；

图中，密封舱1，内部支架2，偏振片转轮3，控制单元4，照明模块5，成像镜组6，偏振片7，转轮驱动装置8，相机9，电源模块10。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种转轮式水下偏振相机，包括密封舱1和通过内部支架2安装在密封舱1内的照明模块5、成像单元、偏振模块、控制单元4和电源模块10；所述照明模块5、成像单元、偏振模块均与控制单元4相连，电源模块10为整个转轮式水下偏振相机提供工作电压；其中，所述照明模块5用于照亮目标物，在水下弱光环境中为偏振成像提供辅助照明；所述偏振模块将入射光进行偏振处理，使照射到成像单元上的光偏振方向一致；所述成像单元对目标物进行偏振光成像。

进一步的，所述偏振模块包括偏振片7、偏振片转轮3、转轮驱动装置8；所述偏振片7嵌入在偏振片转轮3上；所述偏振片转轮3为带有偏振片安装槽的齿轮；所述转轮驱动装置8通过齿轮转动来驱动偏振片转轮3的运动。

进一步的，所述偏振片转轮3共有三个偏振片安装槽，位置传感器包括遮光片和光电开关，在每个安装槽旁均装有遮光片；所述遮光片通过遮挡安装在内部支架2上的两个光电开关来指示偏振片转轮3的位置；所述光电开关均与控制单元4相连接，控制单元4通过查询两个光电开关的状态来获得滤光轮的位置信息；所述三个偏振片安装槽分别安装有0°线偏振片、45°线偏振片、90°线偏振片。通过齿轮转动来驱动偏振片转轮3的运动，使不同的偏振片处于相9光轴上以获得不同的偏振图像。

进一步的，所述转轮驱动装置8包括一个步进电机和安装在步进电机转轴上的齿轮，该齿轮与偏振片转轮3相啮合；所述步进电机受控于控制单元4，在控制单元4的控制下转动偏振片转轮3至合适的位置，是滤光片处于光路之中。

进一步的，所述成像单元包括依次连接且布置在同一光轴上的成像镜组6和相机9；所述偏振片布置于成像镜组6和相机9中间，且与相机9位于同一光轴上。

进一步的，所述成像镜组6包括光学变焦镜头或长工作距离成像物镜，所述光学变焦镜头或长工作距离物镜的光学放大倍率大于2倍。

进一步的，所述照明模块5包括环形支架和LED组合阵列；所述环形支架与成像镜组6同轴并固定在内部支架2上；所述LED阵列包括多个独立的LED灯且所有的LED灯按圆周均匀安装在环形支架内；控制单元4通过打开或关闭LED阵列中某些LED灯来控制照明的亮度。

进一步的，所述控制单元4包括微型工控机，微型工控机分别与相机9和转轮驱动装置8相连，向转轮驱动装置8发送转动信号并通过偏振片转轮3上的位置传感器获得转轮位置，向相机9发送拍照信号以获得目标物体的一组偏振图像。

进一步的，所述控制单元4还包括发送端光端机，微型工控机将图片和图片所对应的偏振角度信息通过发送端光端机发送至上位机。

进一步的，所述发送端光端机通过水下光电复合缆与上位机通信。

进一步的，所述密封舱1由腔体、安装在腔体前端的前端盖和安装在腔体后端的后端盖组成，通过O形圈实现静密封；前端盖安装有一块对光的偏振信息干扰较小的透明耐压玻璃，后端盖安装一个水密接插件，所述水密接插件用于密封舱内部与外部实现信号传输或电力传输。

本实施例中相机9可以采用大恒图像公司MER-1220-9GM型号的产品，但不限于从；偏振片7可以采用大恒光电公司GCL-05型号的产品，但不限于从；微型工控机可以采用COMMELL公司LP-175型号的产品，但不限于从。

本实用新型的工作过程如下：

(1)将转轮式水下偏振相机布置于目标物附近，上位机发送拍摄命令至转轮式水下偏振相机的控制单元6；

(2)控制单元6通过检查安装在内部支架2上的两个光电开关的状态来获取偏振片转轮3的位置信息；

(3)控制单元6通过驱动转轮驱动装置8，使偏振片转轮旋转，将0°线偏振片置于相机光轴上，当偏振片到位后，控制相机获取物体的0°线偏振图像；

(4)用步骤(3)中同样的方法，在控制单元6的控制下，获得物体的45°、90°线偏振图像；

(5)控制单元6将三张图像及所对应的偏振角度信息整合为一个数据包发送给上位机；

(6)上位机在接受完一个完整的数据包后，通过计算获得斯托克斯向量的I、Q、U三个分量：

I＝I_0+I_90；

Q＝I_0-I_90；

U＝2 I_45-(I_0+I_90)

其中I_0为0°线偏振图像，I_45为45°线偏振图像，I_90为90°线偏振图像。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本技术领域的技术人员认为，随着技术的发展，可以以许多不同的方式来实现本实用新型的基本构想，因此，本实用新型及其实施例不限于上文所述的实例。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种转轮式水下偏振相机，其特征在于，包括密封舱(1)和通过内部支架(2)安装在密封舱(1)内的照明模块(5)、成像单元、偏振模块、控制单元(4)和电源模块(10)；所述照明模块(5)、成像单元、偏振模块均与控制单元(4)相连，电源模块(10)为整个转轮式水下偏振相机提供工作电压。

2.根据权利要求1所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述偏振模块包括偏振片(7)、偏振片转轮(3)、转轮驱动装置(8)；所述偏振片(7)嵌入在偏振片转轮(3)上；所述偏振片转轮(3)为带有偏振片安装槽的齿轮；所述转轮驱动装置(8)通过齿轮转动来驱动偏振片转轮(3)的运动。

3.根据权利要求2所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述偏振片转轮(3)共有三个偏振片安装槽，在每个安装槽旁均有用于探测偏振片转轮位置的位置传感器；所述三个偏振片安装槽分别安装有0°线偏振片、45°线偏振片、90°线偏振片。

4.根据权利要求3所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述成像单元包括依次连接且布置在同一光轴上的成像镜组(6)和相机(9)；所述偏振片布置于成像镜组(6)和相机(9)中间，且与相机(9)位于同一光轴上。

5.根据权利要求4所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述成像镜组(6)包括光学变焦镜头或长工作距离成像物镜，所述光学变焦镜头或长工作距离物镜的光学放大倍率大于2倍。

6.根据权利要求5所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述照明模块(5)包括环形支架和LED组合阵列；所述环形支架与成像镜组(6)同轴并固定在内部支架(2)上；所述LED阵列包括多个独立的LED灯且所有的LED灯按圆周均匀安装在环形支架内；控制单元(4)通过打开或关闭LED阵列中某些LED灯来控制照明的亮度。

7.根据权利要求6所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述控制单元(4)包括微型工控机，微型工控机分别与相机(9)和转轮驱动装置(8)相连，向转轮驱动装置(8)发送转动信号并通过偏振片转轮(3)上的位置传感器获得转轮位置，向相机(9)发送拍照信号以获得目标物体的一组偏振图像。

8.根据权利要求7所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述控制单元(4)还包括发送端光端机，微型工控机将图片和图片所对应的偏振角度信息通过发送端光端机发送至上位机。

9.根据权利要求8所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述发送端光端机通过水下光电复合缆与上位机通信。

10.根据权利要求9所述的转轮式水下偏振相机，其特征在于，所述密封舱(1)主要由腔体、安装在腔体前端的前端盖和安装在腔体后端的后端盖组成，通过O形圈实现静密封，前端盖安装有一块透明耐压玻璃，后端盖安装一个水密接插件，所述水密接插件用于密封舱内部与外部实现信号传输或电力传输。