水下摄像

电视技术990913电视技术TVENGINEERING1999年第9期No.91999水下电视摄像与照明系统吴中平【摘要】采用多台摄像机水下布阵的摄像系统，可以不间断地观察水下物体运动和动作的全过程，获得高清晰的电视图像。水下照明灯具能够提供足够的目标照度。系统具有集中控制、深度测量和漏水报警等功能，并配备数字录像机与电视编辑站。【关键词】水下电视；水下摄像机；水下照明【Abstract】Withmultiplecameraslinedinwater，theunderwatertelevisionsystemcanbeusedtoobservecontinuouslythemovementofunderwaterobjectsandtakevividTVimages．Underwaterlampsprovidesufficientilluminationfortarget．Thesystemfeaturesthefunctionsofcentralizedcontrol，depthmeasurementandleakagealarm，andisprovidedwithdigitalvideorecordersandnonlineareditstation．【KeyWords】underwaterTV；underwatercamera；underwaterillumination1引言海洋开发、水下作业、大坝水下检查、水下科学试验以及军事应用等，常常需要进行水下探测，随着现代传感器技术，特别是固体器件的发展，人们能够利用水下摄像机获得高清晰的电视图像。水下电视有直观、实时的临场感，而且摄像机具有体积小、分辨率高、易于操作控制等优点，近年来在水下观察、记录电视图像资料等方面得到了越来越广泛的应用。世界上一些国家在开展这方面的研究开发工作，出现了许多不同类型的水下电视摄像机［1］。710所多年来为水下机器人、水下科学试验、水下探查和潜水员等研制了各种型号的水下电视摄像机，以及与之配套的各种水下灯具。这些水下摄像机和灯具能够在各种水深情况下长时间稳定工作，各项性能指标达到国际上同等设备的先进水平。以下介绍的水下摄像系统是为水下科学试验而研制的，用于监控水下试验过程和记录水下电视图像，供试验现场调试参考和对试验过程进行分析研究。水下摄像有其特殊性，主要是光会受水的吸收等因素影响，在水中传播随距离增加按指数形式衰减。水质不同，水中悬浮物对光的散射就不一样，光的衰减程度也不同［2］，一般情况下在水中的衰减比空气中大一千倍左右。另外，散射作用使水下物体影像的对比度下降，电视图像容易变得模糊，造成水下实际观察距离变小［3］。水下试验区域一般都超出了一台水下电视摄像机的可视范围，为了拍摄试验物体水下姿态和运动的全过程，必须采取多台摄像机合理布阵，才能够实现对水下试验物体运动过程进行连续的电视监控。由于上述因素，加上光在空气与水的分界面折射等因素影响，使得水下自然光照条件很差，在深水区自然光的照明非常微弱，需要提供水下照明设备，来保证水下摄像机的正常工作，水下照明装置就成了水下试验中必不可少的设备［4］。系统还需要file:///E|/qk/dsjs/dsjs99/dsjs9909/990913.htm（第1／5页）2010-3-2217:45:23电视技术990913配备布放升降机构、控制台和后期的电视编辑等设备。2系统的组成与工作过程根据试验地点的情况，考虑到试验物体的运动基本上在预定轨迹±2m的区域内，摄像机与目标距离在5m±2m的情况下，在预定路线两侧每隔6m安装一个升降机构，每侧升降机构的数量由实际需要情况而定。升降机构由升降轨道、升降电机与绞车、升降架等组成，每一个升降架上安装一台水下摄像机和两套水下照明灯具，同时在升降架上安装一个水下电缆分配器。升降架由水面电动装置带动在升降导轨上上下移动。每套水下设备通过一根水下专用电缆与控制室的设备连接，由控制室给水下设备供电，水下视频信号、深度信号、漏水报警信号等也通过电缆传输给控制台显示出来。控制室有控制台、录像机、电视画面分割器、监视器等，可以在控制室实时观察、记录水下试验的电视图像。后期电视编辑制作系统由数字录像机、电视编辑站以及彩色监视器等组成，可再现、分析水下试验物体的运动情况，对电视图像进行编辑处理。水下电视摄像与照明系统示意框图如图1所示。图1水下电视摄像与照明系统示意图系统的工作过程是：首先根据预定的水下试验物体运动轨迹，调整每一个升降机file:///E|/qk/dsjs/dsjs99/dsjs9909/990913.htm（第2／5页）2010-3-2217:45:23电视技术990913构，将水下摄像机和水下灯具布设在适当的深度。然后，给水下灯具和水下摄像机等设备通电，在控制室观察水下摄像机的工作情况是否正常，并进一步调整水下设备的位置。水下试验开始时录像机开始记录水下试验的电视图像，一轮试验完成后，可以重放水下试验过程情况，对试验情况进行分析调整。试验全部完成后，所有的录像磁带都可以在电视编辑系统上按试验要求资料可以各种格式的磁带、图片等形式存档。3水下电视摄像机水下电视摄像机包括高灵敏度高分辨率彩色摄像头、超广角自动光圈镜头、耐压水密防护罩、专为水下应用而特制的水密光窗等。防护罩内安装有漏水报警装置，漏水时能及时自动切断电源，以确保试验设备和人员安全。深度传感器也安装在水密防护罩内，用于测定摄像机在水下的深度。水下摄像机的主要参数见表1。表1水下摄像机主要参数摄像单元彩色1/3英寸CCD分辨率470线灵敏度1Lux(F1.2)水密光窗消像差镜头f=2.5mm自动光圈水下90°4水下照明灯具水下照明灯具用于水下电视摄像的照明，在水下摄像范围内提供足够的照明强度，以保证水下电视图像的质量，选用卤钨灯作为光源。水下灯具由不锈钢水密防护壳体、石英玻璃水密光窗、漏电保护装置等组成。水下灯具具有寿命长、工作可靠、性能稳定等特点，可以长时间连续工作。水下灯具的主要参数见表2。表2水下灯具主要参数光源卤钨灯水密光窗石英玻璃光束开角90°寿命8000h5m照度≥50Lux5升降机构升降机构用来布放和回收水下灯具及水下摄像机，通过电动机来调整灯具和摄像file:///E|/qk/dsjs/dsjs99/dsjs9909/990913.htm（第3／5页）2010-3-2217:45:23电视技术990913机在水中的深度，以便获得最佳水下摄像视场角。升降机构主要由水下部分和水上的绞车两部分组成。水下部分包括两根固定滑轨、四个滑轮与滑轮连接杆组成的固定架。水上部分包括电机、减速器、绞盘、转向滑轮等。绞盘连接在一根与标准减速器的出轴相连的转轴上，钢缆跨过一个转向滑轮将升降架与绞盘连接起来，这样通过转动绞盘，就可实现升降机构的升与降，使摄像机定位在精确位置。6电控部分电控部分主要包括电源、控制台及电缆分配器等。系统供电从动力配电箱内引至控制室，为保证人员与设备的安全及系统供电电压均衡，在控制室安装隔离变压器及三相交流稳压器，为整个系统所有设备提供稳定安全的电源。水下电缆分配器是一个具有水下密封性能的电缆四通盒，有一个电缆进线口和三个出线口，既是将水下信号送到控制室，也是给水下设备供电和控制信号的中转点，其中安装漏水报警装置。分配器安装在水下部分的升降架上。控制台位于控制室，控制台主要是监控水下照明与摄像过程。系统所有设备的工作情况和水下漏水报警，都可通过指示灯在控制台上显示出来。当灯具或摄像机漏水时，继电器动作断开摄像机和灯具电源，同时控制台指示灯发光报警。每一台水下摄像机的视频信号，都一一对应地接到控制室的DVCAM数字录像机上，以便对水下试验情况进行实时录像记录。这些电视信号再接到一个画面分割器上，在一台大屏幕监视器上同时显示多个画面，用于监视水下试验情况。7电视编辑系统电视编辑制作系统采用DVCAM数字式编辑录像机、ES－7编辑站、彩色监视器、通用格式录像机（SPBETACAM，S－VHS和VHS等）、视频打印机等。这套编辑系统集特技、字幕以及调音等多项功能，是水下试验电视资料的高效编辑处理系统，能兼容现行通用格式，整个系统的配置有利于以后的性能升级。8结论水下摄像与照明系统采用多台摄像机水下布阵，对水下物体运动和动作的全过程进行不间断观察，记录高清晰的电视图像。水下照明灯具工作稳定、寿命长，可以提供足够的目标照度，保证水下摄像机摄取清晰的电视图像。漏水报警及断电保护装置可保证人员与设备的安全。深度传感器能够测定摄像机在水下的深度。系统还包括自动布放升降机构、控制台等设备。数字式录像与编辑系统具有多项功能，摄录编系统配置考虑到与现行几种通用格式的兼容性，便于电视素材转换及系统今后的性能升级。作者单位：中国船舶工业总公司第七一○研究所，湖北宜昌体育场路15号443003参考文献1D．Mackay．SeaTechnology，December，1995，p21．2S．Q．Duntley．JournaloftheOpticalSocietyofAmerica．V53，1963，p214．3S．Q．Duntley．OpticalSpectra．FourthQuarter，1967，p64．file:///E|/qk/dsjs/dsjs99/dsjs9909/990913.htm（第4／5页）2010-3-2217:45:23电视技术9909134S．Q．Duntley．SPIEUnderwaterPhoto-OpticsSeminarProceedings．SantaBarbara，Califoria，October，1966．(定稿日期1999－05－20)file:///E|/qk/dsjs/dsjs99/dsjs9909/990913.htm（第5／5页）2010-3-2217:45:23水下电视摄像与照明系统作者：吴中平，WuZhongping作者单位：中国船舶工业总公司第七一○研究所,湖北宜昌体育场路15号,443003刊名：电视技术英文刊名：TVENGINEERING年，卷(期)：1999，(9)被引用次数：3次参考文献(4条)1.D.MackaySeaTechnology19952.S.Q.Duntley查看详情19633.S.Q.DuntleyOpticalSpectra19674.S.Q.DuntleySPIEUnderwaterPhoto-OpticsSeminarProceedings1966引证文献(3条)1.周俊.查智.晏刚一种基于网络的水下图像采集系统[期刊论文]-四川兵工学报2009(12)2.吴中平.吴乔.韩召.王玥利用高速摄影测量水下物体的运动速度[期刊论文]-水雷战与舰船防护2007(1)3.吴中平.韩召.赖建云高速摄影的照明测试与分析[期刊论文]-水雷战与舰船防护2006(1)本文链接：授权使用：胡乃志(wfhygcdx)，授权号：e656617e-cf2c-44a8-92a2-9e4f017361d1下载时间：2010年12月17日