CN214627215U - 一种应用于深低温环境的图像视频采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，图像视频采集装置本体设有采集装置壳体，采集装置壳体外侧设有保护结构和升降装置，采集装置壳体内部设有多条管路，采集装置壳体两端分别为目镜端和物镜端，多条管路为光线通道，中间的光线通道内设有反光结构，反光结构为分别设置在目镜端的目镜反光镜和物镜端物镜反光镜，中间的光线通道的目镜端设有信息采集装置，信息采集装置为CCD相机，四周的光线通道在目镜端设有照明光源，物镜端设有物镜端光路口，物镜端深入深低温液体储罐内。原则上在深低温环境中的部件不含有任何成像和照明电子元器件，可以在深低温环境下工作。其照明和成像利用镜面反射的镜面反射原理。

Description

一种应用于深低温环境的图像视频采集装置

技术领域

本实用新型涉及生物样本保存、低温物理学研究、食品工业、低温医学等领域，具体的是一种可在深低温环境中工作的、利用镜面反射原理进行观察的装置，一种应用于深低温环境的图像视频采集装置。

背景技术

深低温环境一般是指温度环境极低的工作环境，又被称为超低温环境。根据《微生物学名词》(第二版)深低温保藏的定义，低于-70℃环境即被称为深低温环境。

深低温环境主要用在低温医学、低温物理研究、畜牧业以及食品工业等领域，在电子、冶金、航天、机械制造等方面的应用得到不断拓宽和发展，伴随着科技的不断进步和各学科的交叉发展，深低温环境得到越来越广泛的应用。

深低温环境可通过深低温冰箱、深冷机进行制造。同时，深低温液体也常用于营造深低温环境，常用的深低温液体包括液氧、液氮、液氩和液氦等，在一个大气压下，其沸点分别为-183℃（液氧）、-196℃（液氮）、-185.9℃（液氩）和-268.7℃（液氦）。

深低温液体是将相应气体经低温和高压作用压缩后形成的液体。深低温液体已经在工业和科研等领域得到了广泛应用，例如：液氮由于其沸点温度极低和化学惰性的特点，在低温医学领域，可以直接和生物组织接触，立即冷冻而不会破坏生物活性，因此液氮被广泛作为冷媒用来保存精子、胚胎、细胞、干细胞、多种组织以及动植物等生物样本。样本的保存通常会在专用容器——深低温液体储罐中进行。

常用的深低温液体储存容器通常选用真空保温的不锈钢制成，具有维持气压、良好的保温和减少液体散失等作用，但目前均无法实现储存容器内部保存情况的可视化监测。

例如：在生物样品保存时，很多时候需要观察其在深低温液体储存罐中保存的状态，目前仅能依赖将样本取出后检视，这样不仅会造成取样的复杂操作而导致样本暴露在外部时间过久造成样本温度升高或反复冻融而影响样本质量，而且样本盒或样本架在取出和放入储存罐时，还可能会有操作人员冻伤、样本位置变换造成错误等风险。因此一种不需要将样品从储存罐中取出，直接可在储存罐中实现图像/视频采集的装置成为了现实需求。

但传统的观察摄像装置一般采用感光元件、电子元器件作为物镜端（图像输入端），很难适应低于-70℃的深低温工作条件。特别是摄像机的CCD 或CMOS 成像感光元件无法在-40 ℃以下工作。将其直接暴露于深低温环境中，电路及电路板焊点在极低温下易出现故障。因此，实现深低温环境图像/视频的采集和传输，也成为深低温应用场景中的一项迫切的技术需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是常用的深低温液体储存容器通常选用真空保温的不锈钢制成，具有维持气压、良好的保温和减少液体散失等作用，但目前均无法实现储存容器内部保存情况的可视化监测。但传统的观察摄像装置一般采用感光元件、电子元器件作为物镜端（图像输入端），很难适应低于-70℃的深低温工作条件。特别是摄像机的CCD 或CMOS 成像感光元件无法在-40 ℃以下工作。将其直接暴露于深低温环境中，电路及电路板焊点在极低温下易出现故障。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术手段：

一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，包括图像视频采集装置本体；所述的图像视频采集装置本体设有采集装置壳体，采集装置壳体外侧设有保护结构和升降装置，采集装置壳体内部设有多条管路，采集装置壳体两端分别为目镜端和物镜端，所述的多条管路为光线通道，中间的光线通道内设有反光结构，所述的反光结构为分别设置在目镜端的目镜反光镜和物镜端物镜反光镜，中间的光线通道的目镜端设有信息采集装置，所述的信息采集装置为CCD相机，四周的光线通道在目镜端设有照明光源，所述的物镜端设有物镜端光路口，物镜端深入深低温液体储罐内。

本实用新型原则上在深低温环境中的部件不含有任何成像和照明电子元器件，可以在深低温环境下工作。其照明和成像利用镜面反射的镜面反射原理。

作为优选，本实用新型更进一步的技术方案是：

所述的深低温液体储罐内设有深低温液体，深低温液体顶部设有开口，开口处设有密封盖，密封盖设有密封盖保温层，所述的密封盖保温层为保温棉材质，所述的密封盖上设有吊耳。

所述的保护结构为外壳保温层，所述的外壳保温层材质为聚异三聚氰酸酯、聚氨酯。

所述的目镜端照明光源从目镜端经光线通道，反射入深低温环境中，照亮待观察物体；同时通过再次利用镜面反射原理，经过物镜端光路口，将已照亮的物体图像，反射入目镜端，照明光源，数量可根据光线的要求调整数量，所述的光线通道也随照明光源及CCD相机的数量相应调整，所述的光线通道的管道口径可以根据照明效果及需观察视场范围等实际需要进行调整，所述照明光源为LED灯，所述的目镜端设有隔热连接。

所述的CCD相机也可替换为CMOS相机，目镜端的CCD相机可将接收到的光线信号转化为电信号，通过信号传输线输入到显示器，从而实现对物体的观察，同时也可以接入互联网实现图像和视频的远程观看。

所述的升降装置为升降电机、升降导轨、传动带、升降滑块，可实现视频采集装置的上下调节和运动，其传动方式包括皮带传动、齿轮传动、链条传动。

所述的升降装置为升降电机、升降导轨、传动带、升降滑块和连接法兰，所述的信息采集装置具有自转云台和云台电机，实现信息采集装置自转，其传动方式齿轮传动、皮带传动、链条传动方式。

所述的物镜端设有耐低温钢化玻璃，所述的耐低温钢化玻璃的材质包括玻璃、透明的树脂，所述的耐低温钢化玻璃和采集装置壳体连接方式包括焊接、深低温胶水胶合，所述的耐低温钢化玻璃表面为平面和曲面，所述的曲面的玻璃实现光线的散射和视野的扩大。

所述的采集装置壳体材质为不锈钢、可以耐受-196℃深低温材料，采集装置壳体长度可根据实际工作环境进行定制，采集装置壳体可抽真空，保证光路不发生偏移，在确保光路不因温差发生偏移的前提下，也可充入保护气体或干燥空气，避免空气中的水汽进入光路形成水雾影响成像效果。

所述的目镜反光镜、物镜反光镜材质为不锈钢或表面镀锌、镀银的镜面，所述的目镜反光镜、物镜反光镜和采集装置壳体的连接方式可采用深低温胶水胶合，也可采用螺钉、焊接等固定方式。

本实用新型原则上在深低温环境中的部件不含有任何电子元器件，因此不必担心电路及电路板在低温环境易出现故障的问题。利用光线的镜面反射原理，可将照明光源从目镜端（室温环境）反射入深低温环境中，照亮待观察物体；同时通过再次利用镜面反射原理，将已照亮的物体图像，反射入目镜端（室温环境）。目镜端的CCD相机可将接收到的光线信号转化为电信号，通过信号传输线输入到显示器，从而实现对物体的观察和记录。同时也可以接入互联网实现图像和视频的远程观测。

本实用新型通过镜面反射原理将光源、图像和视频信息从深低温环境中传输至目镜端（信息采集端），从而得以将照明光源、CCD相机等电子原件设备均安装于室温环境。避免了元件、设备直接暴露于诸如-196℃等深低温的恶劣工作环境。本实用新型不需要对元器件、线路进行通电加热、流体换热等保温措施，节约能源，且结构简单，可在深低温环境中持久运行。

附图说明

图1为本实用新型的截面光路示意图；

图2为本实用新型的外观结构示意图；

图3为本实用新型的自转和升降机构完整结构示意图。

附图标记说明：1、外壳保温层、2、目镜反光镜、3、光线通道、4、耐低温钢化玻璃、5、采集装置壳体、6、照明光源、7、CCD相机、8、隔热连接、9、物镜反光镜、10、物镜端光路口、11、升降电机、12、升降导轨、13、传动带、4、升降滑块、15、滑动导轨、16、吊耳、17、密封盖保温层、18、固定螺栓、19、自转云台、20、云台电机、21、连接法兰、22、密封盖、23、深低温液体、24、深低温液体储罐。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本实用新型。

具体实施例1：

参见图1、图2、图3可知，本实用新型一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，包括图像视频采集装置本体；所述的图像视频采集装置本体设有采集装置壳体5，采集装置壳体5外侧设有保护结构和升降装置，采集装置壳体5内部设有多条管路，采集装置壳体5两端分别为目镜端和物镜端，所述的多条管路为光线通道3，中间的光线通道3内设有反光结构，所述的反光结构为分别设置在目镜端的目镜反光镜2和物镜端物镜反光镜9，中间的光线通道3的目镜端设有信息采集装置，所述的信息采集装置为CCD相机7，四周的光线通道3在目镜端设有照明光源6，所述的物镜端设有物镜端光路口10，物镜端深入深低温液体储罐24内。深低温液体储罐24内设有深低温液体23，深低温液体23顶部设有开口，开口处设有密封盖22，密封盖22设有密封盖保温层17，所述的密封盖保温层17为保温棉材质，所述的密封盖22上设有吊耳16。保护结构为外壳保温层1，所述的外壳保温层1材质为聚异三聚氰酸酯、聚氨酯。目镜端照明光源6从目镜端经光线通道3，反射入深低温环境中，照亮待观察物体；同时通过再次利用镜面反射原理，经过物镜端光路口10，将已照亮的物体图像，反射入目镜端，照明光源6，数量可根据光线的要求调整数量，所述的光线通道3也随照明光源6及CCD相机7的数量相应调整，所述的光线通道3的管道口径可以根据照明效果及需观察视场范围等实际需要进行调整，所述照明光源6为LED灯，所述的目镜端设有隔热连接8。CCD相机7也可替换为CMOS相机，目镜端的CCD相机7可将接收到的光线信号转化为电信号，通过信号传输线输入到显示器，从而实现对物体的观察，同时也可以接入互联网实现图像和视频的远程观看。所述的升降装置为升降电机11、升降导轨12、传动带13、升降滑块14，可实现视频采集装置的上下调节和运动，其传动方式包括皮带传动、齿轮传动、链条传动。升降装置为升降电机11、升降导轨12、传动带13、升降滑块14和连接法兰21，所述的信息采集装置具有自转云台19和云台电机20，实现信息采集装置自转，其传动方式齿轮传动、皮带传动、链条传动方式。物镜端设有耐低温钢化玻璃4，所述的耐低温钢化玻璃4的材质包括玻璃、透明的树脂，所述的耐低温钢化玻璃4和采集装置壳体5连接方式包括焊接、深低温胶水胶合，所述的耐低温钢化玻璃4表面为平面和曲面，所述的曲面的玻璃实现光线的散射和视野的扩大。采集装置壳体5材质为不锈钢、可以耐受-196℃深低温材料，采集装置壳体5长度可根据实际工作环境进行定制，采集装置壳体5可抽真空，保证光路不发生偏移，在确保光路不因温差发生偏移的前提下，也可充入保护气体或干燥空气，避免空气中的水汽进入光路形成水雾影响成像效果。目镜反光镜2、物镜反光镜9材质为不锈钢或表面镀锌、镀银的镜面，所述的目镜反光镜2、物镜反光镜9和采集装置壳体5的连接方式可采用深低温胶水胶合，也可采用螺钉、焊接等固定方式。本实用新型原则上在深低温环境中的部件不含有任何电子元器件，因此不必担心电路及电路板在低温环境易出现故障的问题。利用光线的镜面反射原理，可将照明光源6从目镜端（室温环境）反射入深低温环境中，照亮待观察物体；同时通过再次利用镜面反射原理，将已照亮的物体图像，反射入目镜端（室温环境）。目镜端的CCD相机7可将接收到的光线信号转化为电信号，通过信号传输线输入到显示器，从而实现对物体的观察和记录。同时也可以接入互联网实现图像和视频的远程观测。

具体实施例2：

参见图1、图2、图3可知，本实用新型一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，外壳保温层1，所述外壳保温层1将采集装置壳体5外周紧密的包覆起来，起到隔热保温作用；采集装置需要将物镜端置于深低温环境中，而目镜端在室温环境，温差极大，因此为了减缓采集装置壳体5热交换的速率，故包覆所述外壳保温层1，所述外壳保温层1可采用聚异三聚氰酸酯（可耐受-196℃的低温）等材料，且具有优异的隔热、保冷性能。

目镜反光镜2和物镜反光镜9，所述目镜反光镜2和物镜反光镜9，采用镜面不锈钢材质，在深低温环境中不锈钢仍然具有良好的机械性能和耐低温性能；所述目镜反光镜2和物镜反光镜9采用焊接的方式和采集装置壳体5连接在一起。

光线通道3，所述光线通道3为分为三条，分别为两条照明光源6的输入光路和一条物体图像的输出光路。

耐低温钢化玻璃4，所述耐低温钢化玻璃4采用深低温胶水或者采用玻璃和金属的焊接方式和采集装置壳体5连接在一起。连接处具有密封性，不允许冷媒进入光路内导致光线发生折射。所述耐低温钢化玻璃4必须耐受深低温环境，且透明平整，可使通过物镜端光路口10的光线通过。

照明光源6，所述照明光源6采用外部供电的LED照明方式，可将光源依次通过目镜反光镜2和物镜反光镜9及耐低温钢化玻璃4照射到待观察物体表面。从而解决了普通光源无法在深低温环境中工作的问题。

CCD相机7，所述CCD相机7可将接收到的光线信号转化为电信号，通过信号传输线输入到显示器，从而方便的对物体的观察。同时也可以接入互联网实现图像和视频的远程观看。

隔热连接8，所述隔热连接8由隔热材料制作，可包覆CCD相机7并连接采集装置壳体5起到隔绝两者温差、保护CCD相机7的作用。

物镜端光路口10，所述物镜端光路口10起到对各光路隔离的作用，防止光线交叉干扰。

升降电机11，所述升降电机11用于带动传动带13，为采集装置的升降提供动力。所述升降电机11可使用遥控器进行遥控。

升降导轨12，所述升降导轨12为光滑不锈钢材质，为升降滑块14提供升降轨道。

传动带13和升降滑块14，所述传动带13和升降滑块14固定在一起，随着升降电机11的转动，带动传动带13和升降滑块14一起升降运动。

滑动导轨15，所述滑动导轨15起到增加采集装置轴向安装稳定性的作用，避免晃动。

吊耳16，所述吊耳16采用不锈钢材质，便于安装和吊取。

密封盖保温层17，所述保温层采用保温棉等隔热保冷材质，可隔绝密封盖22和深低温环境的温度。

固定螺栓18，所述固定螺栓18将采集装置和升降滑块14固定在一起。

自转云台19和云台电机20，所述自转云台19可带动升降导轨12和升降滑块14等机构一起自转，从而为装置提供自转功能，并与在深低温环境中进行转动观察。所述云台电机20为云台自转提供动力，二者可通过齿轮或者皮带传动。所述云台电机20可使用遥控器进行遥控。

连接法兰21和密封盖22，所述连接法兰21可将装置与所述密封盖22通过螺栓或者焊接的方式固定在一起。

具体实施例3：

生物样本组织库为了研究生物低温保存技术，将动物样本经冷冻保护剂处理后，将其放入深低温罐中冻存，为了观察不同时间动物样本的状态，需要对动物样本进行观察，但不能将样本从深低温罐中取出，防止升温后对实验结果产生影响。

利用本实用新型放入深低温液体储罐24中，可进行连续观察和监测。

将本实用新型放入深低温罐中，安装完毕后，将装置的照明光源6和CCD相机7通电，照明光源6发出光线，经装置反射后，照亮了深低温罐内部，CCD相机7同时接收到了经装置反射后，来自物镜端的图像信息。通过调节遥控器，实现对升降电机11的控制，从而带动升降滑块14和装置的升降。通过调节遥控器，实现云台电机20和自转云台19的控制，带动采集装置转动。

通过遥控器调节物镜位置和方向，观察CCD相机7输出到显示屏上的图像，找到待观察的样本部位。再次调节物镜方向和位置，可调整观察位置，对生物样本在深低温环境中的短期和较长时间进行连续监测，直至观察结束。

具体实施例4：

低温物理研究机构为了研究超低温下独特的物理现象，模拟月球及其他行星表面恶劣环境，利用深低温液体23提供超低温环境。因需要将实验现场浸入深低温液体储罐24底部，罐体设定深度为3米，不锈钢深低温液体储罐24底部光线严重不足，同时液体和空气交接处，液体蒸发形成雾气，影响视觉效果，因而无法对实验现场进行观察。采用传统的视频摄像头及工业内窥镜均不能耐受-196℃的恶劣工作条件，浸入深低温液体23后很快发生故障。

利用本实用新型安装于深低温液体储罐24中，可提供足够的外部光源，同时可进行长时间观察，达到实验目的。

如实施例中的操作，将本实用新型安装于深低温液体储罐24中，安装完毕后，将装置的照明光源6和CCD相机7通电，照明光源6发出光线，经装置反射后，照亮了深低温罐内部，CCD相机7同时接收到了经装置反射后，来自物镜端的图像信息。通过调节遥控器，实现对升降电机11的控制，从而带动升降滑块14和装置的升降。通过调节遥控器，实现云台电机20和自转云台19的控制，带动采集装置转动。

通过遥控器调节物镜位置和方向，观察CCD相机7输出到显示屏上的图像，找到待观察的样本部位。再次调节物镜方向和位置，可调整观察位置。直至观察结束。

由于以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到本技术方案技术特征的等同的变化或替代，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，包括图像视频采集装置本体；其特征在于：所述的图像视频采集装置本体设有采集装置壳体，采集装置壳体外侧设有保护结构和升降装置，采集装置壳体内部设有多条管路，采集装置壳体两端分别为目镜端和物镜端，所述的多条管路为光线通道，中间的光线通道内设有反光结构，所述的反光结构为分别设置在目镜端的目镜反光镜和物镜端物镜反光镜，中间的光线通道的目镜端设有信息采集装置，所述的信息采集装置为CCD相机，四周的光线通道在目镜端设有照明光源，所述的物镜端设有物镜端光路口，物镜端深入深低温液体储罐内。

2.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的深低温液体储罐内设有深低温液体，深低温液体顶部设有开口，开口处设有密封盖，密封盖设有密封盖保温层，所述的密封盖保温层为保温棉材质，所述的密封盖上设有吊耳。

3.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的保护结构为外壳保温层，所述的外壳保温层材质为聚异三聚氰酸酯、聚氨酯。

4.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的目镜端照明光源从目镜端经光线通道，反射入深低温环境中，照亮待观察物体；同时通过再次利用镜面反射原理，经过物镜端光路口，将已照亮的物体图像，反射入目镜端，照明光源，数量可根据光线的要求调整数量，所述的光线通道也随照明光源及CCD相机的数量相应调整，所述的光线通道的管道口径可以根据照明效果及需观察视场范围等实际需要进行调整，所述照明光源为LED灯，所述的目镜端设有隔热连接。

5.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的CCD相机也可替换为CMOS相机，目镜端的CCD相机可将接收到的光线信号转化为电信号，通过信号传输线输入到显示器，从而实现对物体的观察，同时也可以接入互联网实现图像和视频的远程观看。

6.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的升降装置为升降电机、升降导轨、传动带、升降滑块，可实现视频采集装置的上下调节和运动，其传动方式包括皮带传动、齿轮传动、链条传动。

7.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的升降装置为升降电机、升降导轨、传动带、升降滑块和连接法兰，所述的信息采集装置具有自转云台和云台电机，实现信息采集装置自转，其传动方式齿轮传动、皮带传动、链条传动方式。

8.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的物镜端设有耐低温钢化玻璃，所述的耐低温钢化玻璃的材质包括玻璃、透明的树脂，所述的耐低温钢化玻璃和采集装置壳体连接方式包括焊接、深低温胶水胶合，所述的耐低温钢化玻璃表面为平面和曲面，所述的曲面的玻璃实现光线的散射和视野的扩大。

9.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的采集装置壳体材质为不锈钢、可以耐受-196℃深低温材料，采集装置壳体长度可根据实际工作环境进行定制，采集装置壳体可抽真空，保证光路不发生偏移，在确保光路不因温差发生偏移的前提下，也可充入保护气体或干燥空气，避免空气中的水汽进入光路形成水雾影响成像效果。

10.根据权利要求1所述的一种应用于深低温环境的图像视频采集装置，其特征在于：所述的目镜反光镜、物镜反光镜材质为不锈钢或表面镀锌、镀银的镜面，所述的目镜反光镜、物镜反光镜和采集装置壳体的连接方式可采用深低温胶水胶合，也可采用螺钉、焊接等固定方式。

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