一种水下高速摄像阵列系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术属于水下高速成像技术领域，具体涉及水下高速摄像阵列系统及其使用方法；包括：控制机构、高速摄像阵列机构、后处理装置，控制机构由发控系统、控制盒组成，用于实现高速摄像阵列机构的同步触发和视角控制；高速摄像阵列机构包括成阵列形式排布的若干高速摄像机，通过安装机构固定在载体上，用于拍摄水下运动物体；后处理装置用于处理拍摄到的图像数据；控制机构与高速摄像阵列机构相连接，发控系统和后处理装置连接到计算机。采用物理的方法将密封于不锈钢防水外壳中高速摄像机阵列沿着水下物体运动轨迹方向布置，实现高速运动物体的连续拍摄，将摄像机阵列拍摄的同一时刻的画面进行处理，实现视频数字化测量功能。实现视频数字化测量功能。实现视频数字化测量功能。

【技术实现步骤摘要】
一种水下高速摄像阵列系统及其使用方法


[0001]本专利技术属于水下高速成像
，具体涉及一种水下高速摄像阵列系统及其使用方法。

技术介绍

[0002]随着世界经济的发展，海洋资源的重要性日益凸显。世界各国在海洋资源开发、大型水利工程建设、航运工程和水下武器装备等领域一日千里，是以水下研究变得越来越频繁。由于水下环境复杂，清晰度差，摄像机难以维持稳定，且没有光源，因此水下运动的物体，特别是水下高速运动的物体的形态观测、速度测量等一直是一件困难的事。
[0003]传统水下拍摄方法的拍摄范围有限，无法实现观测画面的连续性，且后续处理繁琐。因而为了能够更加清楚的观测到水下运动物体的情况，本专利技术提出了一种水下高速摄像阵列系统，采用多个摄像机平行等距阵列，扩大其拍摄范围，从而保证拍摄画面的完整性与连续性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题：
[0005]为了能够更加清楚的观测到水下运动物体的情况，本专利技术提出了一种水下高速摄像阵列系统，采用多个摄像机平行等距阵列，扩大其拍摄范围，从而保证拍摄画面的完整性与连续性。
[0006]本专利技术提供的一种技术方案是：
[0007]一种水下高速摄像阵列系统，包括：控制机构、高速摄像阵列机构、后处理装置，其中，控制机构由发控系统、控制盒组成，用于实现高速摄像阵列机构的同步触发和视角控制；所述高速摄像阵列机构包括成阵列形式排布的若干高速摄像机，并通过安装机构固定在载体上，用于拍摄水下运动物体；所述后处理装置用于处理拍摄到的图像数据；控制机构与高速摄像阵列机构相连接，发控系统和后处理装置连接到计算机。
[0008]本专利技术的进一步技术方案是：所述发控系统包括：PLC工控板、电源开关、发射按钮、安全开关，所述安全开关用于防止误触发，所述发射按钮用于给PLC工控板发射输入信号，发控系统、控制盒与高速摄像机之间都由八芯防水屏蔽电缆线连接。
[0009]本专利技术的进一步技术方案是：所述PLC工控板用于实现高速摄像阵列机构的同步触发；所述控制盒包括控制器，通过控制器调节高速摄像机光圈、焦距，进而实现视角控制以及清晰度控制。
[0010]本专利技术的进一步技术方案是：所述若干高速摄像机等距对齐安装，轴线平行；高速摄像机阵列的拍摄视角中心线与水下物体的运动航迹线保持垂直，二者处于同一高度。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是：所述安装机构包括：底部支架、固定支架、高速摄像机组件、抱箍和辅助支架，高速摄像机组件通过抱箍安装于固定支架上，成阵列排布的若干固定支架固定安装于底部支架上，所述辅助支架一端固定安装于固定支架底部，另一端固
定安装于载体上，所述底部支架靠近高速摄像机摄像头的位置安装有水下照明灯，水下照明灯通过多芯防水屏蔽电缆线与电源连接。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述高速摄像机组件包括：高速摄像机、步进电机、电机支架、支架板、不锈钢防水外壳、前端盖、后端盖以及防水玻璃；所述高速摄像机密封固定安装于不锈钢防水外壳中的支架板上，所述不锈钢防水外壳为两端开口的套筒结构，所述前端盖和后端盖封装于其两端开口处，前端盖固定有防水玻璃，后端盖焊接固定有支架板；所述步进电机通过电机支架固定安装于支架板上，其与高速摄像机相连接，高速摄像机透过防水玻璃进行拍摄。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述步进电机的数量有两个，布设于高速摄像机两侧，每一个步进电机的输出轴上固定有齿轮，与所述齿轮相配对啮合的齿条固定于高速摄像机的焦环之上；通过步进电机驱动齿轮齿条运动进而带动两个焦环的动作，实现高速摄像机的焦距调节和视野调节。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述控制盒的上面板安装所述控制器，控制器通过所述上面板上的正反转按钮调节步进电机；控制盒左面板安装有开关和电源适配器接线孔，控制盒右面板设有充电孔，控制盒后面板通孔配合防水接头设置出线孔，所述出线孔用来接高速摄像机电源线和步进电机控制线。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述高速摄像机组件的后端盖上设有控制接口、电源接口、触发接口以及排气口，所述电源接口用于高速摄像机和步进电机供电，所述触发接口与发控系统中PLC工控板通过航空插头、防水屏蔽电缆线相连；步进电机控制线一端连出线孔，另一端通过防水屏蔽电缆线、航空插头与所述控制接口连接。
[0016]本专利技术提供的另一种技术方案是：
[0017]一种水下高速摄像阵列的使用方法，包括如下方法步骤：
[0018]S1:准备步骤：在安装摄像机前，在摄像机对面设置一具有网格线的底板，并确定相邻两网格线之间的实际距离，保存运动物体头部进入网格起始线与到达网格末端线的帧数，完成校验准备；
[0019]S2:安装、连接步骤：将摄像机通过安装机构固定安装在载体上，组成高速摄像阵列机构；同时连接各个接口，实现高速摄像阵列机构和发控系统与控制盒的连接；
[0020]S3:远程调节步骤：通过调节控制盒面板上的正反转按钮，驱动不锈钢防水外壳中步进电机，进而驱动齿轮齿条的动作，带动高速摄像机两个焦环的动作，实现摄像机焦距与光圈的远程调节，从而达到远程调整摄像机视野与清晰度的目的，其中，第一齿轮与第一齿条用来调整光圈，第二齿轮与第二齿条是以上述同样的方式来调整焦距；
[0021]S4:录像保存步骤：通过发控系统和控制盒远程控制高速摄像阵列机构实现水下图像的连续录像，传输并保存录像数据信息；
[0022]S5:后处理步骤：下载所保存的录像数据信息，按帧读取录像，保存发射物进去前端网格起始线与到达后端网格起始线的帧数，并将这两帧保存成图片格式，在已知帧率的情况下，利用帧数乘以帧率的倒数计算出时间；通过查看每一格的像素距离，与实际参照物中每一格的距离做比值，得到一个距离系数；然后查看两帧图片中前后起始线的像素距离，再乘以距离系数得到距离，利用距离和时间计算得到估算速度；
[0023]S6:验证步骤：利用所述估算速度验证实际测得的真实速度。
[0024]有益效果
[0025]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0026]1)本专利技术提供的一种水下高速摄像阵列系统，采用按帧同步的拍摄方式，区别于传统的按时间同步的拍摄方式，即使同时按下也会产生延迟，导致后续拍摄画面不同步，后续拼接效果差，实验结果不理想等问题。本系统使用FX2N
‑
20MT型号PLC工控板，输出介质为大功率MOS管，响应速度快，响应时间小于0.2ms，性能稳定，且其通过多路同步输出，实现了多台摄像机的按帧同步，避免出现拍摄画面落空、拍摄到残影、以及前后画面不连续的问题。
[0027]2)本专利技术水下高速摄像阵列系统提出的高速摄像阵列结构，该结构是采用物理的方法将密封于不锈钢防水外壳中的高速摄像机阵列沿着水下物体运动轨迹的方向布置，保证高速摄像机安装等距对齐，使他们轴线平行，视线平行，边界重叠，视野重叠，从而扩大摄像机的拍摄范围，实现了高速运动物体的连续拍摄，减小了传统拍摄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下高速摄像阵列系统，其特征在于：所述系统包括：控制机构、高速摄像阵列机构、后处理装置，其中，控制机构由发控系统、控制盒组成，用于实现高速摄像阵列机构的同步触发和视角控制；所述高速摄像阵列机构包括成阵列形式排布的若干高速摄像机，并通过安装机构固定在载体上，用于拍摄水下运动物体；所述后处理装置用于处理拍摄到的图像数据；控制机构与高速摄像阵列机构相连接，发控系统和后处理装置连接到计算机。2.根据权利要求1所述的一种水下高速摄像阵列系统，其特征在于：所述发控系统包括：PLC工控板、电源开关、发射按钮、安全开关，所述安全开关用于防止误触发，所述发射按钮用于给PLC工控板发射输入信号，发控系统、控制盒与高速摄像机之间都由八芯防水屏蔽电缆线连接。3.根据权利要求2所述的一种水下高速摄像阵列系统，其特征在于：所述PLC工控板用于实现高速摄像阵列机构的同步触发；所述控制盒包括控制器，通过控制器调节高速摄像机光圈、焦距，进而实现视角控制以及清晰度控制。4.根据权利要求1所述的一种水下高速摄像阵列系统，其特征在于：所述若干高速摄像机等距对齐安装，轴线平行；高速摄像机阵列的拍摄视角中心线与水下物体的运动航迹线保持垂直，二者处于同一高度。5.根据权利要求1所述的一种水下高速摄像阵列系统，其特征在于：所述安装机构包括：底部支架、固定支架、高速摄像机组件、抱箍和辅助支架，高速摄像机组件通过抱箍安装于固定支架上，成阵列排布的若干固定支架固定安装于底部支架上，所述辅助支架一端固定安装于固定支架底部，另一端固定安装于载体上，所述底部支架靠近高速摄像机摄像头的位置安装有水下照明灯，水下照明灯通过多芯防水屏蔽电缆线与电源连接。6.根据权利要求5所述的一种水下高速摄像阵列系统，其特征在于：所述高速摄像机组件包括：高速摄像机、步进电机、电机支架、支架板、不锈钢防水外壳、前端盖、后端盖以及防水玻璃；所述高速摄像机密封固定安装于不锈钢防水外壳中的支架板上，所述不锈钢防水外壳为两端开口的套筒结构，所述前端盖和后端盖封装于其两端开口处，前端盖固定有防水玻璃，后端盖焊接固定有支架板；所述步进电机通过电机支架固定安装于支架板上，其与高速摄像机相连接，高速摄像机透过防水玻璃进行拍摄。7.根据权利要求1所述的一种水下高速摄像阵列系统，其特征在于：所述步进电机的数量有两个，布设于高速摄像机两侧，每一个步进电机的输出轴上固定有齿轮，与所述齿轮相配对啮合的齿条固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁绪龙，鲁娜，白瑜亮，刘喜燕，王鹰，陈隽煜，杜兆星，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：