CN218071577U - 一种智能化水下图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化水下图像采集装置，属于水下拍摄技术、水下科研领域。本装置通过设计的转轴结构可以使得摄像头360°旋转，从而采集到多个方向的水下照片；通过设计的水底固定机构，可以使得采集装置平稳地插入水底泥沙中，从而增强整体结构在水流中的稳定性，保证采集到的图片不会因摇晃产生虚影；通过设计的多功能摄像头，可以根据水下光线情况智能调节打光亮度，保证图像采集的质量，该摄像头的另一个功能是实时测量水下生物与摄像头之间的距离；通过嵌入式计算卡集成定位模块、WIFI模块，保证采集装置的实时定位并且实现人机远程交互、机械结构控制和无线图传等功能。

Description

一种智能化水下图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及水下拍摄技术、水下科研领域，具体涉及一种智能化水下图像采集装置。

背景技术

水下图像可以清晰直观地反映水下环境的真实景象，通过将相机长时间固定于水底，捕捉海量的水下生物的近距离照片，从而建构完备的、个性化的水下生物数据集，进而为水下目标检测工作做好数据支撑。

目前常用于水下环境拍摄的设备包括水下单反、运动相机等。水下单反作为专业的水下摄影设备，拍摄出来的图像还原度高、信噪比低，但是本身体积比较大、过于笨重，且价值昂贵，需要专业人员下水操作、维护；运动相机则常被潜水爱好者选用，带入水下记录运动过程，其简单轻便，但是稳定性和操控性不佳，如果长时间拍摄，则需要配备漂浮手柄以固定运动相机。综上所述，现有的水下拍摄设备都无法满足水下图像采集工作的需要，因此专门设计一种水下图像采集装置是开展科研工作必不可少的前提。

根据目前的水下图像采集装置的相关专利发现，目前研究设计的水下图像采集装置，大多采用单目摄像头固定在防水材料中，虽然足够稳固，但是摄像头的朝向无法随意改变，采集到的图像始终保持一个方向，这样的数据集必然缺乏多样性。另外，目前研究设计的水下图像采集装置大多由摄像头、供电模块与定位模块构成，这样虽然可以保证采集装置的续航、方便后续回收，但是智能性终究有所欠缺，地上人员无法对采集装置发送控制指令、也无法及时观察到摄像头的第一视角，可能等到设备回收之后才发现采集到的图像不满足科研要求。因此，需要设计一个能够360°环绕拍摄的智能化水下图像采集装置，以解决现有水下图像采集装置的弊端。

目前水下图像采集装置主要存在两大弊端：1、摄像头拍摄角度固定，采集到的图像方向单一；2、采集装置智能化欠缺，缺乏必要的人机交互功能。本实用新型提供了一种可以360°环绕拍摄的智能化水下图像采集装置，以解决上述问题。本装置通过设计的转轴结构可以使得摄像头360°旋转，从而采集到多个方向的水下照片；通过设计的水底固定机构，可以使得采集装置平稳地插入水底泥沙中，从而增强整体结构在水流中的稳定性，保证采集到的图片不会因摇晃产生虚影；通过设计的多功能摄像头，可以根据水下光线情况智能调节打光亮度，保证图像采集的质量，该摄像头的另一个功能是实时测量水下生物与摄像头之间的距离，如果上述距离小于预设的安全距离，则声纳驱鱼器会发射特定频率的声波对生物进行驱赶，以防水下生物误伤采集装置；通过嵌入式计算卡集成定位模块、WIFI模块，保证采集装置的实时定位并且实现人机远程交互、机械结构控制和无线图传等功能。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种智能化水下图像采集装置。本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：一种智能化水下图像采集装置，包括防水壳体、多功能摄像头模块和控制模块，所述防水壳体圆周外侧套接玻璃外壳，所述防水壳体呈双层圆柱结构，所述玻璃外壳顶部设有声呐驱鱼器，所述玻璃外壳底部设有距离传感器，所述防水壳体内部底端固定安装有四根可伸缩金属支柱，所述可伸缩金属支柱在防水壳体内部底端呈菱形排列，所述可伸缩金属支柱通过气动方式伸出收进，所述防水壳体内部底端固定安装有直流电机，所述直流电机的顶部转动安装有电机齿轮，所述玻璃外壳内部顶端圆心上固定连接有固定连杆，所述固定连杆远离玻璃外壳的一端固定连接回转轴齿轮，所述回转轴齿轮和所述电机齿轮相啮合，所述回转轴齿轮圆心位置固定连接有L形回转轴。

进一步的，所述多功能摄像头模块由高清摄像头、LED补光灯带、光敏传感器、微型测距传感器组成；所述控制模块固定连接在防水壳体内部底端。所述多功能摄像头模块固定在L形回转轴远离回转轴齿轮的一端。

进一步的，所述控制模块包括嵌入式计算卡，UPS供电模块，可伸缩金属支柱；所述控制模块固定连接在防水壳体内部底端。

进一步的，所述UPS供电模块位于嵌入式计算卡上方，通过引脚与嵌入式计算卡相连；所述嵌入式计算卡和所述直流电机均由UPS供电模块供电。

进一步的，所述嵌入式计算卡采用树莓派设备，树莓派设备上集成了定位模块、信号处理单元、WIFI通讯模块。

进一步的，所述微型测距传感器、高清摄像头、光敏传感器组成的多功能摄像头和所述距离传感器组成的多传感器系统通过USB接口连接到嵌入式计算卡上，定位和通讯信号双向互传；所述嵌入式计算卡接收多传感器系统采集的环境信息，并输出控制信号，通过串口分别控制直流电机、伸缩金属支柱、补光灯带、声呐驱鱼器。

本实用新型的有益效果：

实现了水下图像采集装置的全景拍摄、环境感知、人机交互等功能，本装置结构稳定、可操作性强，极大地节省了科研人员采集图像所需的人力物力，满足了水下图像采集工作的全方位需求。

具有的可旋转摄像头模块，通过电机转轴结构实现水下环境的360°环绕拍摄，采集到不同角度的水下图像，满足了数据集建立的科研标准；具有的多传感器系统，可以对水下环境的明暗程度进行感知，并且实时检测采集装置距离河床与其他水下生物的距离，全方位获取环境信息，便于图像采集工作安全稳定地进行；具有的WIFI通讯模块，可以实现后方实验员与采集装置的远程通讯，既能实时监测采集装置的运行状态与当前位置，还能将摄像头采集到的图像同步传输到后方，此外，实验员可以向采集装置发送控制指令，实现开关机、指定摄像头朝向、图像备份、上传云端等实用功能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本申请的水下智能图像采集装置总体结构图；

图2为本申请的多功能摄像头模块结构示意图；

图3为本申请的防水壳体结构示意图；

图4为本申请的控制模块结构示意图；

图5为本申请的智能化水下图像采集装置系统架构图；

图中各标号对应的部件如下：1多功能摄像头模块，2防水壳体，3控制模块，微型测距传感器101，102高清摄像头，103LED补光灯带，104光敏传感器，105L形回转轴，106回转轴齿轮，107直流电机，108电机齿轮，201玻璃外壳，202声纳驱鱼器，203距离传感器，204固定连杆，301嵌入式计算卡，302UPS供电模块，303可伸缩金属支柱，304定位模块、305信号处理单元、306WIFI通讯模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～5所示，一种智能化水下图像采集装置，包括防水壳体2、多功能摄像头模块1和控制模块3，所述防水壳体2圆周外侧套接玻璃外壳201，所述防水壳体2呈双层圆柱结构，所述玻璃外壳201顶部设有声呐驱鱼器202，所述玻璃外壳201底部设有距离传感器203，所述防水壳体2内部底端固定安装有四根可伸缩金属支柱303，所述可伸缩金属支柱303在防水壳体2内部底端呈菱形排列，所述可伸缩金属支柱303通过气动方式伸出收进，所述防水壳体2内部底端固定安装有直流电机107，所述直流电机107的顶部转动安装有电机齿轮108，所述玻璃外壳201内部顶端圆心上固定连接有固定连杆204，所述固定连杆204远离玻璃外壳201的一端固定连接回转轴齿轮106，所述回转轴齿轮106和所述电机齿轮108相啮合；所述回转轴齿轮106圆心位置固定连接有L形回转轴105，电机齿轮108带动回转轴齿轮106旋转，进而带动L型回转轴105沿中心360°旋转。所述玻璃外壳201由防爆玻璃制成，耐压性强；内外部涂有防水材料，一体成型、密封性好。在采集装置下水过程中，可伸缩金属支柱303可作为配重块，实现装置的稳定下潜；当位于采集装置底部的距离传感器检测到装置本体接近水底时，可伸缩金属支柱303自动伸出，插入水底泥沙中，以固定整个装置。

进一步的，所述多功能摄像头模块1包括高清摄像头102、LED补光灯带103、光敏传感器104和微型测距传感器101；所述多功能摄像头模块1固定在L形回转轴105远离回转轴齿轮106的一端，L形回转轴105带动多功能摄像头模块360°旋转。光敏传感器104用来检测水下环境的明暗程度，如果当前环境较暗，则LED补光灯103带提高亮度，如果当前环境较亮，则LED补光灯带103降低亮度。微型测距传感器101通过超声波实时检测水下生物距离采集装置的距离，如果上述距离小于预设的安全距离，则安装在采集装置顶部的声纳驱鱼器发射特定频率的声波赶走水下生物，以防误伤采集装置。

进一步的，所述控制模块3包括嵌入式计算卡301，UPS供电模块302，可伸缩金属支柱303；所述控制模块3固定连接在防水壳体2内部底端。

进一步的，所述UPS供电模块302位于嵌入式计算卡301上方，通过引脚与嵌入式计算卡301相连；所述嵌入式计算卡301和所述直流电机107均由UPS供电模块302供电。

进一步的，所述嵌入式计算卡301采用树莓派设备，树莓派设备上集成了定位模块304、信号处理单元305、WIFI通讯模块306。

进一步的，所述微型测距传感器101、高清摄像头102、光敏传感器104组成的多功能摄像头和所述距离传感器203组成的多传感器系统通过USB接口连接到嵌入式计算卡301上，定位和通讯信号双向互传；所述嵌入式计算卡301接收多传感器系统采集的环境信息，并输出控制信号，通过串口分别控制直流电机107、可伸缩金属支柱303、补光灯带103、声呐驱鱼器202。嵌入式计算卡301接收上述传感器采集到的环境信息，并对信息进行处理决策，然后将控制信号发送给采集装置内的直流电机107、多功能摄像头模块1、可伸缩金属支柱303、声纳驱鱼器202等机构。此外，嵌入式计算卡301集成了WIFI通讯模块306和定位模块304，后方实验员可以远程连接采集装置，监控采集装置的运行状态和水下位置；实时查看摄像头的第一视角，判断采集照片是否满足科研要求；对采集装置发送指令：指定摄像头旋转到某一方向、提前终止采集并关机、图像上传至服务器端等。

本实用新型整体结构图如图1所示：本实用新型提出一个工作于水下环境的智能化图像采集装置，包括多功能摄像头模块1、防水壳体2、控制模块3。在一个具体的实施方案中，多功能摄像头模块1可以360°环绕拍摄，安装于防水壳体2上的多传感器系统能够对周围环境进行感知，控制模块3可以分析环境信息，下达控制决策，并实现和后方实验员远程交互等功能。

在一个具体的实施例中，多功能摄像头模块1如图2所示：所述多功能摄像头模块包括微型测距传感器101、高清摄像头102、LED补光灯带103、光敏传感器104，所述微型测距传感器101、LED补光灯带103、光敏传感器104均集成在摄像头模块上，作为辅助传感器协同高清摄像头102一起工作；所述多功能摄像头模块通过电机转轴机构固定在防水壳体上。

所述电机转轴机构包括L形回转轴105、回转轴齿轮106、直流电机107、1电机齿轮108，所述多功能摄像头模块1固定在L形回转轴105一端，所述L形回转轴105固定于回转轴齿轮106上，电机齿轮108带动回转轴齿轮106旋转，进而带动L型回转轴105旋转，进而实现多功能摄像头沿中心360°旋转。

在一个具体的实施例中，防水壳体2的结构如图3所示：所述防水壳体2结构包括玻璃外壳201、声纳驱鱼器202、距离传感器203、固定连杆204。所述玻璃外壳201采用防爆玻璃，内外部涂有防水材料，一体成型、密封性好。所述声纳驱鱼器202和距离传感器203分别安装于玻璃外壳201的顶部和底部：当距离传感器203检测到采集装置即将触底，所述可伸缩金属支柱303伸出插入水底泥沙中，以固定整个装置；当所述微型测距传感器101检测到水下生物距离摄像头过近，所述声纳驱鱼器202开始工作，驱赶鱼群，以免损伤采集装置。所述固定连杆204与玻璃外壳201相连，用来固定回转轴齿轮106。

在一个具体的实施例中，控制模块3的结构如图4所示：所述控制模块3包括嵌入式计算卡301和UPS供电模块302。所述嵌入式计算卡301采用树莓派设备，嵌入式计算卡301上集成了定位模块304、信号处理单元305、WIFI通讯模块306，可以对微型测距传感器101、底部距离传感器203、光敏传感器104接收到的环境信息进行处理，并将控制信号发送给LED补光灯带103、直流电机107、声纳驱鱼器202、可伸缩金属支柱303执行。通过所述定位模块304和WIFI通讯模块306，采集装置可以与后方实验员远程交互：监控采集装置运行状态、查看采集装置的实时位置、实现对装置内部分机械结构的人工控制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (6)

1.一种智能化水下图像采集装置，其特征在于，包括防水壳体、多功能摄像头模块和控制模块，所述防水壳体圆周外侧套接玻璃外壳，所述防水壳体呈双层圆柱结构，所述玻璃外壳顶部设有声呐驱鱼器，所述玻璃外壳底部设有距离传感器，所述防水壳体内部底端固定安装有四根可伸缩金属支柱，所述可伸缩金属支柱在防水壳体内部底端呈菱形排列，所述可伸缩金属支柱通过气动方式伸出收进，所述防水壳体内部底端固定安装有直流电机，所述直流电机的顶部转动安装有电机齿轮，所述玻璃外壳内部顶端圆心上固定连接有固定连杆，所述固定连杆远离玻璃外壳的一端固定连接回转轴齿轮，所述回转轴齿轮和所述电机齿轮相啮合，所述回转轴齿轮圆心位置固定连接有L形回转轴。

2.根据权利要求1所述的智能化水下图像采集装置，其特征在于，所述多功能摄像头模块由高清摄像头、LED补光灯带、光敏传感器、微型测距传感器组成；所述多功能摄像头模块固定在L形回转轴远离回转轴齿轮的一端。

3.根据权利要求1所述的智能化水下图像采集装置，其特征在于，所述控制模块包括嵌入式计算卡，UPS供电模块，可伸缩金属支柱；所述控制模块固定连接在防水壳体内部底端。

4.根据权利要求3所述的智能化水下图像采集装置，其特征在于，所述UPS供电模块位于嵌入式计算卡上方，通过引脚与嵌入式计算卡相连；所述嵌入式计算卡和所述直流电机均由UPS供电模块供电。

5.根据权利要求3所述的智能化水下图像采集装置，其特征在于，所述嵌入式计算卡采用树莓派设备，树莓派设备上集成了定位模块、信号处理单元、WIFI通讯模块。

6.根据权利要求2所述的智能化水下图像采集装置，其特征在于，所述微型测距传感器、高清摄像头、光敏传感器组成的多功能摄像头和所述距离传感器组成的多传感器系统通过USB接口连接到嵌入式计算卡上，定位和通讯信号双向互传；所述嵌入式计算卡接收多传感器系统采集的环境信息，并输出控制信号，通过串口分别控制直流电机、伸缩金属支柱、补光灯带、声呐驱鱼器。

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