一种适用于浊水环境的水下摄像机及其摄像方法与流程

专利2022-05-09  5


本发明属于图像通信技术领域,具体涉及一种应用在水下机器人上的适用于浊水环境的水下摄像机及其摄像方法。



背景技术:

现有水下结构物或者海底缆线的巡检主要依靠蛙人携带专用仪器来完成。蛙人探测的优势在于可以发现故障并及时处理,但是蛙人工作效率低下,作业深度有限,并且存在人身安全隐患。

利用搭载水下声光磁多源感知系统的水下机器人rov(remoteoperatedvehicle,带缆水下遥控机器人)或者auv(autonomousunderwatervehicle,自主水下机器人)来对水下结构物或者海底缆线开展巡检与监测是未来水下检测技术发展的一个重要方向。

光学检测是实现水下装备精细检测功能所必不可少的重要步骤。通过光学检测,能将水下结构物和装备的实时照片或录像传输给控制中心,为实现准确的安全监测评估以及应急处理提供有效数据和有力支持。

作为实现水下光学检测的重要设备——水下摄像机,由于受水下光照度与浊度的限制,只能进行近距离以及超近距离的光学观测。对于浊度很大的水域,如黄河流域某些流段以及舟山港等,由于浊度过大,可视距离非常小,水下摄像机几乎处于失明状态,使得相关光学检测也无法顺利开展。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对现有技术的不足,提出一种应用在水下机器人上的适用于浊水环境的水下摄像机及其摄像方法,该水下摄像机可以通过混水降浊装置对目标观测区域进行短时间内降浊处理,令观测区域浊度迅速降低,从而提高观测区域的可视范围,达到能够拍摄目标拍摄物的清晰照片以及录像的目的。

本发明一种适用于浊水环境的水下摄像机,包括储水箱、水泵、流量控制阀、混水降浊装置和摄像机本体。所述的混水降浊装置包括套筒箱、均压板和旋流喷嘴;所述的套筒箱固定套置在摄像机本体外;套筒箱的一端开设有进水口,另一端端面开设有沿周向均布的m个出水口,m≥3;套筒箱的每个出水口处固定设有一个旋流喷嘴,每个旋流喷嘴的进水口与套筒箱对应的一个出水口连通;m个旋流喷嘴沿周向均布。n块均压板沿套筒箱轴向平行且等距固定在套筒箱内,n≥4,且n为偶数;所述的均压板开设有沿周向均布的k个导流孔,k≥3,且k为m的整倍数;最靠近套筒箱进水口处的均压板的各个导流孔周向位置均与套筒箱的进水口周向位置错开,且每相邻两块均压板的各个导流孔周向位置也错开。水泵的进水口与储水箱的出水口通过管道连接,水泵的出水口与流量控制阀的进水口通过管道连接,流量控制阀的出水口与套筒箱的进水口通过管道连接。

优选地,所述的套筒箱整体呈圆筒状。

优选地,所述的旋流喷嘴与出水口连接处设有密封件。

优选地,记套筒箱的各出水口中心轴线所在圆柱面为圆柱面z,每个旋流喷嘴的喷口中心轴线与圆柱面z上位于该旋流喷嘴所连接的套筒箱的出水口中心轴线位置处的切面成一夹角a,15°≤a≤45°,每个旋流喷嘴的喷口中心轴线与圆柱面z上位于该旋流喷嘴所连接的套筒箱的出水口中心轴线位置处的径向成一夹角b,15°≤b≤45°。

该适用于浊水环境的水下摄像机的摄像方法,具体如下:

步骤一、若采用带缆水下遥控机器人,则将储水箱、水泵和流量控制阀置于母船上,混水降浊装置和摄像机本体固定在带缆水下遥控机器人上,将连接水泵的出水口和流量控制阀进水口的管道与带缆水下遥控机器人的脐带缆包裹在一起,将脐带缆与摄像机本体和母船的上位机连接;若采用自主水下机器人,则将储水箱、水泵、流量控制阀、混水降浊装置和摄像机本体均固定在自主水下机器人上,水泵、流量控制阀和摄像机本体均与自主水下机器人的控制器连接,自主水下机器人的控制器与母船的上位机通信;

步骤二、在储水箱内存储水(清水),然后将带缆水下遥控机器人或自主水下机器人置于水下行进;当带缆水下遥控机器人或自主水下机器人到达目标观测区域时,开启水泵和流量控制阀,并通过流量控制阀来调节各旋流喷嘴的喷射水压,水泵将储水箱中的水经流量控制阀输送到混水降浊装置;混水降浊装置中,水从套筒箱的进水口流入,依次通过n块均压板,经n块均压板整流均压后的水流动到套筒箱的各出水口处,并进入各旋流喷嘴;各旋流喷嘴向目标观测区域喷射水流,在摄像机本体的镜头前方形成一股旋流射流,降低目标观测区域浊度。水泵运行预设时间后,带缆水下遥控机器人或自主水下机器人控制摄像机本体开始拍照或录像,实现对目标拍摄物的光学探测。

优选地,通过流量控制阀来调节各旋流喷嘴的喷射水压时,令射流喷射行程控制在到达目标拍摄物表面。

优选地,若目标拍摄物表面有附着物,则首先通过流量控制阀加大各旋流喷嘴的喷射水压,对目标拍摄物表面的附着物进行预清除;然后,通过流量控制阀来调节各旋流喷嘴的喷射水压,令射流喷射行程控制在到达目标拍摄物表面。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

1.本发明可以在观测时将目标观测区域的浊度短时间内降低,提高水下摄像机的可视距离。

2.本发明能通过控制射流来适当去除目标拍摄物上的浅层附着物,使水下摄像机能够更准确地获得目标拍摄物表面的照片以及录像。

附图说明

图1为本发明水下摄像机的结构示意图。

图2为本发明中混水降浊装置的结构剖视图。

图3为本发明中均压板的结构示意图。

图4为本发明中各旋流喷嘴在套筒箱上的布置示意图。

图中:1.储水箱;2.水泵;3.流量控制阀;4.混水降浊装置;5.摄像机本体;6.进水口;7.套筒箱;8.均压板;9.出水口;10.旋流喷嘴;11.导流孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图4所示,一种适用于浊水环境的水下摄像机,包括储水箱1、水泵2、流量控制阀3、混水降浊装置4和摄像机本体5。混水降浊装置4包括套筒箱7、均压板8和旋流喷嘴10;套筒箱7固定套置在摄像机本体5外;套筒箱7的一端开设有进水口6,另一端端面开设有沿周向均布的m个出水口9,m≥3;套筒箱7的每个出水口9处固定设有一个旋流喷嘴10,每个旋流喷嘴10的进水口与套筒箱7对应的一个出水口9连通;m个旋流喷嘴10沿周向均布。如图2和图3所示,n块均压板8沿套筒箱7轴向平行且等距固定在套筒箱7内,n≥4,且n为偶数;均压板8开设有沿周向均布的k个导流孔11,k≥3,且k为m的整倍数;最靠近套筒箱7进水口处的均压板8的各个导流孔11周向位置均与套筒箱7的进水口6周向位置错开,且每相邻两块均压板的各个导流孔周向位置也错开。水泵2的进水口与储水箱1的出水口通过管道连接,水泵2的出水口与流量控制阀3的进水口通过管道连接,流量控制阀的出水口与套筒箱7的进水口6通过管道连接;流量控制阀3用作控制旋流喷嘴10的喷水流量。

作为一个优选实施例,套筒箱7整体呈圆筒状。

作为一个优选实施例,如图2所示,旋流喷嘴与出水口9连接处设有密封件进行密封。

作为一个优选实施例,记套筒箱7的各出水口中心轴线所在圆柱面为圆柱面z,每个旋流喷嘴的喷口中心轴线与圆柱面z上位于该旋流喷嘴所连接的套筒箱7的出水口中心轴线位置处的切面成一夹角a,15°≤a≤45°,每个旋流喷嘴的喷口中心轴线与圆柱面z上位于该旋流喷嘴所连接的套筒箱7的出水口中心轴线位置处的径向成一夹角b,15°≤b≤45°。

该适用于浊水环境的水下摄像机的摄像方法,具体如下:

步骤一、若采用带缆水下遥控机器人(rov),则将储水箱、水泵和流量控制阀置于母船上(以减轻重量),混水降浊装置4和摄像机本体5固定在带缆水下遥控机器人上,将连接水泵2的出水口与流量控制阀3进水口的管道和带缆水下遥控机器人的脐带缆包裹在一起,将脐带缆与摄像机本体5和母船的上位机连接;若采用自主水下机器人(auv),则将储水箱、水泵、流量控制阀、混水降浊装置4和摄像机本体5均固定在自主水下机器人上,水泵、流量控制阀和摄像机本体均与自主水下机器人的控制器连接,自主水下机器人的控制器与母船的上位机通信;

步骤二、在储水箱1内存储水(清水),然后将带缆水下遥控机器人或自主水下机器人置于水下行进;当带缆水下遥控机器人或自主水下机器人到达目标观测区域(带缆水下遥控机器人与母船上的上位机通信,将到达目标观测区域的信号回传给上位机)时,开启水泵2和流量控制阀3(若采用带缆水下遥控机器人,水泵2和流量控制阀3可手动控制,也可由母船上的上位机控制;若采用自主水下机器人,水泵2和流量控制阀3由自主水下机器人的控制器控制),并通过流量控制阀3来调节各旋流喷嘴10的喷射水压,水泵2将储水箱1中的水经流量控制阀3输送到混水降浊装置4;混水降浊装置4中,水从套筒箱的进水口6流入,依次通过n块均压板8,经n块均压板8整流均压后的水流动到套筒箱的各出水口9处,并进入各旋流喷嘴10;均压板8的整流均压作用使得流动到套筒箱各出水口9处的水水压达到均匀一致;各旋流喷嘴10向目标观测区域喷射水流,在摄像机本体5的镜头前方形成一股旋流射流,迅速降低目标观测区域浊度。水泵2运行预设时间后,带缆水下遥控机器人(根据母船的上位机发送的控制信号来控制摄像机本体5)或自主水下机器人(自主水下机器人的控制器直接控制摄像机本体5)控制摄像机本体5开始拍照或录像,实现对目标拍摄物的光学探测。

作为一个优选实施例,通过流量控制阀3来调节各旋流喷嘴10的喷射水压时,令射流喷射行程控制在到达目标拍摄物表面,保证既能降低目标拍摄物附近原来浑浊物引起的浊度,又能避免喷射行程过大产生扬尘重新招致浑浊物。

作为一个优选实施例,若目标拍摄物表面有附着物影响观测,则首先通过流量控制阀3加大各旋流喷嘴10的喷射水压,对目标拍摄物表面的附着物进行预清除;然后,通过流量控制阀3来调节各旋流喷嘴10的喷射水压,令射流喷射行程控制在到达目标拍摄物表面。

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