国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

水下無人作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

2015-07-02 15:09梁克
中國水運(yùn) 2015年6期
關(guān)鍵詞:監(jiān)控系統(tǒng)

梁克

摘 要:隨著開發(fā)海洋、江河與湖泊科學(xué)事業(yè)的發(fā)展,水下工程的規(guī)模越來越大,水下攝像機(jī)技術(shù)已成為開發(fā)水域的眼睛,其應(yīng)用已越來越廣泛,本文根據(jù)水下作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行了性能分析,并對(duì)水下監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行研究和必要探討。

關(guān)鍵詞:水下攝像機(jī) 水下光源 監(jiān)控系統(tǒng) 無人作業(yè)

隨著開發(fā)海洋、江河與湖泊科學(xué)事業(yè)的發(fā)展,水下工程的規(guī)模越來越大,水下攝像機(jī)技術(shù)已成為開發(fā)水域的眼睛,其應(yīng)用已越來越廣泛。尤其是在水下沉船打撈及水下特種作業(yè)時(shí),作業(yè)人員更加需要依靠水下攝像機(jī)技術(shù)獲得水下直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像,以保證水下作業(yè)的安全性和可靠性。水下攝像機(jī)技術(shù)已成為水下作業(yè)時(shí)不可缺少的重要工具,本文根據(jù)水下作業(yè)環(huán)境特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行了性能分析,并對(duì)水下監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行研究和探討,為水下無人作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)提供新思路和參考。

技術(shù)選擇及特性分析

1、水下攝像機(jī)

目前,隨著光電技術(shù)的發(fā)展和超聲波技術(shù)的發(fā)展,以及各種新型的攝像元器件的不斷出現(xiàn),水下攝像機(jī)的性能進(jìn)一步提高,適應(yīng)各種惡劣工作環(huán)境,擴(kuò)大了實(shí)用范圍。按照工作原理,水下攝像機(jī)分為水下可見光攝像機(jī)、水下激光攝像機(jī)和水下超聲波攝像機(jī)。

1.1水下可見光攝像機(jī)

水下可見光攝像機(jī)使用比較普遍,它與陸地上使用的普通攝像機(jī)原理相同。但是水下環(huán)境的特殊性,特別是水介質(zhì)的光學(xué)特性,使得水下成像與陸地上的成像系統(tǒng)大為不同,這其中包括水對(duì)光的吸收和散射對(duì)光學(xué)成像的影響,水壓和海水的腐蝕等。

水對(duì)光的吸收是在不同的光譜區(qū)域是不同的,水對(duì)光譜中的紫外和紅外部分表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收。純凈的水和清澈的海水在光譜的藍(lán)-綠區(qū)域透射比最大,但即使在這個(gè)藍(lán)-綠窗口,水的吸收也足以使光的強(qiáng)度衰減約0.04/m。其他顏色的光被吸收的更多,幾米之外,幾乎完全消失了。

由于水中存在著懸浮的質(zhì)點(diǎn), 水對(duì)光的散射對(duì)圖象的襯比和細(xì)節(jié)都造成極為有害的影響, 隨著拍攝距離的增大, 畫面襯比降低, 影象的細(xì)節(jié)模糊, 影響成象質(zhì)量, 使攝錄變得困難, 所以水下攝錄距離, 一般不超過十幾米. 散射中又包含小粒子散射、大粒子散射、單次散射、多次散射、小角度散射、大角度散射等多種方式, 它們使目標(biāo)變得模糊不清和難以辨認(rèn), 這是水下光電探測(cè)系統(tǒng)所面臨的最為嚴(yán)重的問題。

由于水對(duì)光的吸收和散射,使得光在水中傳輸時(shí)的能量按指數(shù)規(guī)律迅速地衰減。設(shè)是某水層的光量,傳輸了L路程后的光量I為:■,可見光的光波波長范圍在770~350納米之間,波長不同的電磁波,引起人眼的顏色感覺不同,其中紅光在水中的衰減最大,故在陸地上使用較廣泛的紅外攝像機(jī)在水中幾乎不能用。

1.2水下激光攝像機(jī)

常規(guī)可見光水下攝像機(jī)由于光線在水中快速衰減,在一定深度以下往往需要輔助照明,且由于照明光后向散射的影響,使得人眼直接觀察以及傳統(tǒng)連續(xù)照明電視成像的有效作用距離較短。因此,提高水下光電成像系統(tǒng)的作用距離和細(xì)節(jié)分辨能力需要采用特殊的光電成像方法。由于激光的能量大,且可以選擇水中衰減最小的藍(lán)綠激光,成像效果相對(duì)好些,水下激光攝像機(jī)目前正處于研究階段,并已經(jīng)在某些水下場(chǎng)合中得到應(yīng)用。

1.3超聲波水下攝像機(jī)

超聲波水下攝像機(jī)就是成像聲納系統(tǒng)。由于在水下,光學(xué)成像系統(tǒng)的可視距離有限,尤其是當(dāng)水質(zhì)非常渾濁時(shí)(比如近海、港口、河口或水底作業(yè)卷起的泥沙等情況下,水質(zhì)非常渾濁)能見度極低,幾乎為零,再加上水體對(duì)通過其中的光線的折射及氣泡和浮游物的影響,成像的圖像很難辨別。這就限制了人類利用常用方法對(duì)水下世界的感知和理解。不過,在同樣條件下,以聲波作為信號(hào)載體的聲成像系統(tǒng)受到的約束就要小的多。聲成像系統(tǒng)能克服復(fù)雜的水文環(huán)境,同時(shí)又具有較遠(yuǎn)的作用距離,使得它能在各種規(guī)模的水下探測(cè)中應(yīng)用。在低頻段,聲波傳播距離較遠(yuǎn),可利用聲納回波信號(hào)的頻譜等特征進(jìn)行艦船噪聲識(shí)別等工作。在高頻段,在近百米的距離上,可實(shí)現(xiàn)聲納目標(biāo)成像,從而完成各種水下探測(cè)任務(wù)。

2、水下光源

一般來說,太陽光只能達(dá)到水下20~30米,因此水深20~30米以上都應(yīng)使用人工照明,而在透明度惡劣的水域,不到這個(gè)深度也需照明。

為了使水下攝像機(jī)的成像效果更好,光源的選擇也很重要。由于在水中波長長的光衰減大,因此,選擇波長短的光源可獲得更佳的照明效果。但是,在透明度較差的港灣和河川中,應(yīng)選擇波長適中的光源,在水中污濁物質(zhì)多的時(shí)候,光的散射也多。這樣便要把海洋的場(chǎng)所與狀態(tài)二者結(jié)合起來綜合考慮光源的選擇。

白熾燈輻射光的主要區(qū)域是紅光,對(duì)特殊設(shè)計(jì)的水下攝像機(jī)攝像機(jī)來說,效率非常低,目前使用的光源主要有碘素石英燈,碘化鉈燈,水銀燈,氙燈以及LED燈等。碘化鉈輻射的光能大部分集中在藍(lán)與綠范圍內(nèi),水對(duì)它吸收很少。水下攝像機(jī)采用這種光源與白熾燈相比,在相同的功率條件下,效率在六倍以上。水銀燈效率也很高。由于它能發(fā)出在水中最易通過的藍(lán)綠色光,因此也得到廣泛應(yīng)用。LED燈可以選擇水下透光最好的藍(lán)綠光LED,并且其節(jié)能效果較好,是正在發(fā)展應(yīng)用的一種水下用燈光。

水對(duì)光的光譜吸收相當(dāng)于加一藍(lán)色濾色鏡,引起圖像的彩色失真,故對(duì)彩色攝像影響較大,要考慮加以補(bǔ)償,對(duì)于一般的黑白電視攝像則不存在這個(gè)問題。

在水中,光的吸收和散射會(huì)嚴(yán)重地影響到圖像質(zhì)量,因此,除了考慮光源的選擇外,對(duì)照明的位置和照射方向也要作種種考慮。在水中,被攝物體的照度與至光源距離的平方成反比。另外,被攝物體的反射系數(shù)越大,則越亮。因?yàn)榧词构庠醋兊梅浅?qiáng),但由于懸浮微粒的暈光作用也變強(qiáng),要透過很遠(yuǎn)距離就有困難,為此,照明光源的位置要盡量設(shè)置在被攝物體附近。

3、攝像機(jī)性能分析

根據(jù)以上分析,綜合各種類型水下攝像機(jī)的特點(diǎn),確定選擇可見光攝像機(jī)和超聲波攝像機(jī)??梢姽鈹z像機(jī)用在水質(zhì)清澈的情況下,實(shí)現(xiàn)近距離觀察作業(yè)狀態(tài)的用途。超聲波攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離觀察和引導(dǎo)水下機(jī)器人的用途,還實(shí)現(xiàn)在水質(zhì)渾濁的條件下,輔助觀察作業(yè)狀態(tài)的用途。

水下無人作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)方案

1、系統(tǒng)的主要功能

系統(tǒng)能夠通過聲納技現(xiàn)對(duì)水下無人作業(yè)位置區(qū)域精確定位,對(duì)作業(yè)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);主要功能包括:①低可見度/零可見度水下作業(yè)位置的確定;②作業(yè)過程和工作環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控;③作業(yè)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2、系統(tǒng)組成

根據(jù)無人作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)功能要求,為配合特定作業(yè)系統(tǒng),需至少配置1臺(tái)高分辨率彩色攝像機(jī)、1臺(tái)水下照明燈進(jìn)行視頻監(jiān)控,同時(shí)配置1臺(tái)多波束前視聲吶,用于低可見度/零可見度環(huán)境下的成像探測(cè)(見圖1)主要組成部分如下:①水下攝像機(jī)及附件,包括水下攝像機(jī)、攝像機(jī)耐壓殼體及相關(guān)附件、水密接頭和固定結(jié)構(gòu);②水下照明系統(tǒng),包括水下照明燈耐壓殼體及相關(guān)附件、水密接頭、照明燈光源及驅(qū)動(dòng)電路、固定支架;③多波束前視聲吶,包括水下前視聲吶及相關(guān)附件、水密接頭、固定支架;④水下安裝固定及調(diào)節(jié)支架;⑤水下電纜傳輸部分,包括水下攝像機(jī)及照明燈用的水下復(fù)合電纜、聲吶用電纜、水密接頭;⑥水下導(dǎo)向穩(wěn)定系統(tǒng)。

圖1 水下無人作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)組成

結(jié)論

水下無人作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)性能的發(fā)揮一方面依賴設(shè)備本身有良好的特性與功能,另一方面也要依賴設(shè)備良好的布局,所以尋求水下攝像機(jī)、照明系統(tǒng)與多波束前視聲吶的最優(yōu)布局是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在,照明燈的位置對(duì)于成像質(zhì)量具有關(guān)鍵的影響,不同角度對(duì)成像質(zhì)量有較大的影響,要求照明燈盡可能向目標(biāo)靠近。同時(shí),照明燈的布局也要考慮拍攝視場(chǎng)范圍內(nèi)的照明燈光要均勻并且充實(shí)。

參考文獻(xiàn):

[1]丁繼勝,劉忠巨,周興華等.多波束測(cè)深聲納系統(tǒng)的工作原理[J].海洋測(cè)繪,1999,(3):15-22

[2]屈新岳,宋蕾,于露.海洋光學(xué)特性對(duì)水下圖像錄取系統(tǒng)的影響[J].科技信息,2007,(31):20-84

(作者單位:交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究所)endprint

猜你喜歡
監(jiān)控系統(tǒng)
基于Ganglia和Nagios的云計(jì)算平臺(tái)智能監(jiān)控系統(tǒng)
KJJ58型井下移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)在麥垛山煤礦的應(yīng)用
無線廣播電視安全優(yōu)質(zhì)播出的技術(shù)分析
縣級(jí)區(qū)域雨量站觀測(cè)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)
基于Zigbee技術(shù)的煤礦井下通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
临沧市| 木里| 视频| 昭觉县| 监利县| 全南县| 阿拉尔市| 潞西市| 阳泉市| 丰城市| 临澧县| 泽库县| 京山县| 德保县| 雅安市| 蓝田县| 南华县| 汶川县| 武功县| 岑溪市| 乌审旗| 札达县| 百色市| 栾城县| 阳西县| 陈巴尔虎旗| 东乡县| 呼图壁县| 天门市| 新河县| 东明县| 马边| 扎鲁特旗| 恩施市| 宁河县| 兴安县| 青海省| 大城县| 准格尔旗| 乌审旗| 罗甸县|