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1、 观测型 ROV视觉系统设计 学位论文答辩闩期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字 : 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ，也 不 包 含 未 获 得 (注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空） 或其他教存机构的学位或证书伸 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 ： 又 签 字 R 期 :： 2方令年 月心円 学位论文版权使用授权书 本学位论文作
2、者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名 ： If 导师签字 : 签字円期： 年 J 、 月 W 闩 签字円期：年 J 月 d 谨以此论文献给孜孜不倦的老师们、我的亲人们 和所有关心我的朋友！ 吴国帅 观测型 ROV视觉系统设计
3、 摘要 水下视觉技术在军事、水下勘探和海洋工程等领域都有着广泛和深远的应用 价值。克服海水中由于后向散射效应导致的成像噪声是海洋中光学探测要解决的 重要问题。 本课题来源于国家 “863” 课题项目 “ 水下集束光、激光差频扫描三维视觉 研宄 ” ，在总结和分析国内外观测型 R0V发展现状的基础上，对世界上目前搭载 于观测型 R0V上的水下成像技术进行了深入研宄分析。在对水下非均匀光场理论 进行分析的基础上，根据项目实际情况提出了 一种使用集束光源构建水下非均匀 光场的方法。使用目前国际上先进的同步摄像机搭配非均匀光场，既可以进行单 目水下图像采集，又可以针对重点目标进行双目立体探测。即本论文
4、设计了基于 非均匀光场的水下照明系统和基于多 CCD的水下图像采集系统。将非均匀光场应 用于多 CCD水下图像采集系统中。同时使用多个普通水下摄像机搭载在水下载体 上搭建了水下普通观测系统和其配套的数据传输方案。结合水下非均匀光场，同 步摄像机可以克服后向散射背景噪声，在增加了可探测距离和清晰度的同时，使 用同步摄像机图像数据可以进行水下目标的三维重建。 论文首先对观测型 R0V的国内外发展现状进行了阐述和分析，对目前水下成 像技术的发展水平进行了了解。在研宄现有成熟技术以及新技术的基础上，依托 水下非均匀光场理论，提出了一套搭载于观测型 R0V上的多 CCD图像采集系统。 水下非均匀光场照明
5、系统中包括两组集束光源，每组光源包含 2个集束光源 筒灯。本论文设计的水下图像采集 系统包括两部分：同步摄像机成像和普通摄像 机成像 。一对同步摄像机采用两组非均匀光场照明阵列进行照明成像， 4台普通 摄像机使用普通水下灯进行照明成像。在传输方式上，同步摄像机采用配套的供 电和数据传输控制箱，普通摄像机的传输方案在对比了网络传输方案和双绞线传 输方案后，选择了双绞线传输方案。论文最后进行了相关实验验证了成像系统的 可行性，并分析了远距离双绞线传输对视频质量的影响和多 CCD水下图像采集增 加可探测范围的效果。 论文在研宄目前水下成像技术的基础上，将立体摄影技术运用到水下探测领 I 域，并将同步
6、摄影机和普通水下摄像机结合使用，既能完成常规的勘探任务，又 能进行水下重点目标的立体探测。为了保证系统的可靠性和灵活性，本论文为同 步摄像机和普通摄像机分别设计了独立的传输方案。 论文在研究现有水下非均匀光场成像理论的基础上，给出了一种水下非均匀 光场的构建方法，并设计了基于多 CCD的视觉系统。即将以集束光技术为核心的 非均匀光场与水下多 CCD图像采集技术相结合。 关键词：非均匀光场；水下视觉；集束光；观测型 ROV， 多 CGD Design of Observation Class ROV Vision System Abstract Underwater Vision Technol
7、ogy has a wide and far-reaching value in the military, underwater exploration, marine engineering and many other fields. One of the important issues in the underwater optical detection field is to overcome backward scattering effect which results in backward scattered background noise. The subject c
8、omes from the national “863” project - “The research of underwater cluster-light and the difference frequency scanning laser,?. On the basis of summarizing and analyzing the research status at home and abroad of observation ROV, the thesis analysis the status of observation technology using Remote O
9、perated Vehicle in imaging seabed and marine organism. On the base of the analysis of the inhomogeneous illumination fieldtheory, this thesis puts forward a method to build the inhomogeneous illumination field using underwater cluster-lights according to the actual situation of the project. Combinin
10、g withinhomogeneous illumination field, synchronized cameras can carry out either monocular underwater image acquisition or binocular stereo detection on target. This thesis design a underwater light system basing on inhomogeneous illumination field theory and a underwater image acquisition system b
11、asing on Multi CCD .Inhomogeneous illumination field is applied to image acquisition system . Combined with the inhomogeneous illumination field, synchronization camera can overcome backscatter background noise, with detectable distance and clarity increasing. Employers can get three-dimensional ima
12、ge data of underwater target by using synchronized cameras. Ill In the front of the thesis, the status of the research status at home and abroad of observation ROVs are discussed and analyzed. Then the thesis get a general knowledge of the current level of underwater imaging technology development.
13、Based on the research of existing mature technologies as well as new technology, a multi CCD vision system mounted on Observation Class ROV is presented, which relying on the inhomogeneous illumination field theory. Underwater lighting system of the inhomogeneous illumination field theory includes t
14、wo sets of cluster-light sources, each light source bundle includes two down lights. In this thesis, underwater vision system consists of two parts: synchronization camera imaging part and ordinary camera imaging part. One pair of synchronized cameras use two sets of inhomogeneous illumination field
15、 down lights array, and four ordinary underwater camera use matched lights. In the transmission mode, the synchronous cameras use matching supply and data transmission control box. The ordinary cameras use twisted pair transmission scheme after contrasting network transmission scheme and twisted pai
16、r transmission scheme. Finally, experiments carried out to verify the feasibility of the imaging system. The effects to video quality by using long-distance twisted pair transmission scheme are also been analyzed. In the thesis, the thesis combines the three-dimensional photographic technology with
17、underwater imaging technology, and combine the synchronize cameras with ordinary underwater cameras. Because of the design, explorers can proceed to explore ordinarily or carry out three-dimensional detection. In order to ensure the reliability and flexibility of the system, different transmission s
18、chemes are adopted between synchronized cameras and ordinary cameras. On the basis of the inhomogeneous illumination field theory, this thesis presents a new method to construct underwater light field, with IV a matching visual system. In other words, the thesis comes to the core technology of the i
19、nhomogeneous illumination field and combines with underwater multi CCD imaging techniques. Keywords ： cIuster-1 i ght; inhomogeneous illumination field ； underwater v Observation Class ROV ； Multi CCD i s i on ； v 目 录 1前 . 1 1.1水下视觉系统的研宄背景及意义 . 1 1.2水下视觉技术及观测型 ROV发展现状 . 2 1.3论文主要工作 . 12 2载体介绍 . 14 2
20、_1 ROV的分类 . 14 2.2载体选择的理论分析 . 15 2_3载具系统概述 . 16 2.4观测型 ROV主要技术组件简介 . 17 3基于非均匀光场的水下照明系统 . 20 3.1水的光学特性分析及其对水下成像的影响 . 20 3.2非均匀光场下成像理论 . 21 3_3水下照明系统设计 . 25 4基于多 CCD的水下图像采集系统 . 27 4.1水下成像技术分类 . 27 4.2图像采集设备的选型 . 28 4_3数据传输方案 . 30 4_4图像存储及显示 . 34 5水下图像采集实验 . 36 5.1水下图像采集及远距离双绞线传输图像试验 . 36 5.2实验二：多 CCD
21、图像采集实验 . 39 6总结与展望 . 41 6_1总结 . 41 6_2 廳 . 41 VII 观测型 ROV视觉系统设计 1前言 1.1水下视觉系统的研究背景及意义 1840年工业革命后，人类工业化程度不断提高，大量资源和能源支撑起整 个人类世界的进步。然而随着时间的推移，陆上资源濒临枯竭，能源问题日益严 峻。在促进人类可持续发展的同时，人们开始把眼光投向海洋。占地球 70%的海 洋必将是人类的未来，世界经济发展的未来将是海洋经济。自从上世纪 70年代 初以来，海洋科学与工程作为一个让人耳目一新的名词渐渐的走进了人们的视 野。由于海水中含有的可溶物、颗粒悬浮物和种类繁多的活性有机体，且生
22、物随 深度、温度、盐度呈不同分布，形成了海水的独特性质 W。 另外，海底复杂的地 质运动形成了各种各样的海底环境，加上洋流运动等因素，造成海洋环境极端复 杂。因此，开发海洋需要借助大量设备和耗费大量的人力。然而海洋中丰富的 资源和能源时时刻刻在召唤着一批批探险者。开发海洋是一项功在当代，利在千 秋的事业。 如今，随着人类探索海洋的需求不断提高，一套可靠高效的水下视觉系统技 术随之得到了迅速发展。水下视觉系统的探测深度和范围受到各方面的因素影 响，其中最重要的因素便是水下视觉系统的载具一一水下机器人。水下机器人被 人们广泛的使用，成为探测全球海洋深处的主 力军。即使是海洋的最深点马里亚纳海沟，已
23、 经看到了水下机器人的足迹一一日本的 Kaiko (如图 1-1所示 ） W。 随着技术的不断进步，除 了占据海上钻井平台和远洋船舶的复杂的作业 设备走向成熟，观测型 R0V也得到了巨大的发 展。 水下视觉系统经常被搭载在观测型 R0V上，观测型 R0V的发展水平影响着 水下视觉系统的发展 。一 般认为观测型 R0V是便携性较强的，重量小于 100kg 的，利用光学、声学等技术实现水下观测的 ROV。 随着技术进步和电子摄像系统 的小型化，额外的传感器也被挂载在观测型 R0V上，从而可以肩负更多更复杂 1 观测型 ROV视觉系统设计 的任务。目前搭载水下视觉系统的观测型 ROV被广泛应用到水下
24、打捞、堤坝检 查、核设施检查、寻宝、考古学，鱼类评估、船舶管理以及海关检查等领域 3。 现在，搭载水下视觉系统的观测型 ROV已经是水下作业公司的常规设备，并且 它们已经成为保持潜水员远离危险情况的必需品，甚至替代潜水员进入狭小的空 间进行作业观察 4。 本课题来源于国家 “863” 项目课题 “ 水下集束光、激光差频扫描三维视觉 研宄 ” 。 1.2水下视觉技术及观测型 ROV发展现状 1.2. 1观测型 R0V发展现状 第一台被人们认可的真正意义上的商业观测型 ROV是 Hydro Products公司的 RCV225。 它于 1974年在 Stolt-Nielsen海区试水成功，从而吸引
25、了众多人的目光。 RCV225重181镑 （ 82kg)， 潜水深度达到 1312英尺 （ 400m)。 RCV225是一个可 以在水下航行的水下摄像头，但由于其外形酷似巨大的眼球，被人们称为 “ 水下 眼球 ” 5。由于结构更简单，这样的小型水下观测设备价格远低于大型的 R0V， 从而迅速占领了市场。然而这类设备占领市场绝非单单是因为价格低廉。 在 20世纪 80年代，观测型 R0V局限于体积小、 “ 成本低 ” 的设备。在 1989 年给出的工业级标准上，观测型 R0V被定义为成本在 10000美元到 50000美元 之间的设备。这种定义下生产的 R0V被命名为 LCROV(Low Cos
26、t Remote Operated Vehicle)。 第一台 LCROV 在 1981 年出现，命名为 RASCAL6。 RASCAL 重 1091 镑 (54kg)， 潜水深度达 360m，售价 45000美元。其诞生初期便被应用到了国际海 底工程中。 1984年，一种体积更小的R0V 出生便吸引了人们的眼球，它的名 字也是直接被命名为 MiniRover。 MiniRover重 401镑 （ 20kg)， 拥有 100m的下潜 深度，其售价更是突破性的降低到了 28600美元。因为如此的低价 ， MiniRover 在当时非常热销。紧接 MiniRover之后的，是 Deep Ocean
27、 Engineering公司于 1985 年生产的 PHANTOM。 PHANTOM设计的潜水深度为 152m， 售价 30000美元。几 乎在 同一时间， Mitsui生产的 RTV-100售价也在 30000美元以下。截止到 1990 年，先后有 27个生产厂家设计并生产共计 35种不同类型的 LCR0V。 由于历史原因，中国在水下机器人领域起步较晚。但是，随着国家对海洋事 2 观测型 ROV视觉系统设计 业的重视，一大批科研人员正在努力追赶世界潮流。目前国内研宄水下机器人的 单位较多，内容也五花八门，但代表国内先进水平的、真正进入实质性试验阶段 的仅此几家，它们是：哈尔滨工程大学研制的智
28、能水下机器人 AUV， 中科院沈阳 自动化所研制的无人无缆水下机器人 UUV， 上海交通大学研制的遥控式水下机器 人 ROV和中船重工 715所研制的拖曳式水下机器人 TUV7。 本文中做历史回顾的目的不是要逐一列出自 1974年以来观测型 ROV领域己 经发生的一切，而是对过去 40年 OCROV发展状况有一个深度的了解。目前典型 的观测型 R0V的有关参数在表 1-1有详细的列举，其外观图可以见图 1-28。 图 1-2典型观测型 R0V 表 1-1:代表性的观测型 R0V主要参数 名称 公司 重量（空气 ） /kg 潜水深度 /m 数量 Little Benthic Vehicle Se
29、aBotix, Inc, US 10-15 150-1500 650+ Outland 1000 Outland Technology Inc, US 17. 7 152 93+ 300F ROV Seamor Marine, Canada 16 300 40+ RTV系列 Mitsui, Japan 42 150 310+ VideoRay 系列 VideoRay LLC, US 4-4. 85 0-305 1250+ 1.2. 1. 1观测型 R0V的应用 从开始简单的作为一种可以自主移动的水下环境中的相机到今天的可以搭 载多种传感器和光学探测设备，观测型 R0V现在已经发展成为一个多功能
30、的工 具，可以适应许多以前只能通过部署潜水员才能完成的任务。 3 观测型 ROV视觉系统设计 (1) 水下勘察 随着传感器技术的进步，体积较小观测型 ROV也能携带小型的声学信标。 另外，使用环形激光陀螺技术的高精度导航技术使得惯性导航系统设备更小型 化，使得观测型 ROV能够有更大空间提供给各种各样的传感器。这样的结合使 得 ROV可以将传感器带到更远和更危险的地方，通过各种传感器探测到的数据 同时也带有位置信息，这样对水下勘察是非常有帮助的。 水下电动推进器性能不断提高，观测型 ROV设备能够提供更大的挂载能力。 拥有了更大的挂载能力，从而可以挂载声学成像设备，这使得观测型 ROV可以 勘
31、察水下管道（图 1-3) 并通过声学成像发现管道损坏情况（图 1-4)。由于 在实际环境中的广泛深入的应用，观测型 ROV在水下勘察中的使用，目前只是 限制在操作人员的技能和想象力了。 图 1-3挂载声呐的 ROV 图 1-4声呐图像中的海底管道 (2) 探测 在全世界都在把目光投向海洋的时候，更高精度的探测海洋成了这一领域最 热门的课题。由于 ROV的出现，以前单纯靠潜水员携带传感器潜水探测的状况 得到了改 观。随着传感器技术的成熟，那些以前开发部署给潜水员传感器装备的 制造商己经纷纷将现有的技术应用到了观测型 ROV的部署上，并为适应 ROV的 各种应用环境给出众多的方案 在海洋探测中，目
32、前比较常用的传感器有声学传感器，例如超声波金属厚度 传感器（图 1-5) 、 2D/3D单 /多波束声呐、合成孔径成像声呐、海底剖面声呐 等 11，磁传感器如磁粉探伤，管道跟踪等，辐射传感器灌注构件检测、辐射传感 4 观测型 ROV视觉系统设计 器等和不同程度的高分辨率和高清晰度的多波长摄像机 12。 图 1-5携带金属厚度传感器的 R O V (3) 交互 完成基本交互功能一种最简单的方式是运动。观测型 ROV具备完成运动的 必需条件，从而能够完成基本的交互功能。 光的交互可以也是非常简单的一种方式用以传递电信号或者运动信号给一 个工具。常见的 ROV的运动的方式是通过涡轮的或者线性的驱动器
33、实现的 W， 这些驱动器目前都实现了商业上的通用接口技术规范。交互机制的例子是单一或 多功能机械手（图1-7 )，研磨机（安装在可旋转的驱动器上），刷（安装在可 旋转的驱动器上），切割器（安装在线性驱动器 ） （图 -8 )，锯（安装在可 旋转的驱动器上），样品采集探头（图 1-9 )，液压剪线钳（图 1-10)和多波 束声呐（图 1-11)。 图 1-7携带机械手的 ROV 图 1-8携带切割器的 ROV 观测型 ROV视觉系统设计 图 1-9携带样品采集探头的 R O V 图 1-10携带液压剪线钳的 ROV 图 1-11携带多波束声呐的 ROV (4) 传感器的结合使用 由于基于以太网组
34、件的小型化 ROV系绳的出现，高带宽的传感器（例如高 清摄像机、 3D多波束成像声呐等）现在发展得非常便携 M。 光纤多路复用器和 以太网延伸器可以同时允许光波以及基于铜缆的高带宽数据交互，从而使高数据 吞吐量的传感器在小型观测型 ROV上使用成为可能。最常见的一个实用例子是 超高精度的导航传感器的出现（现在足够小，以适应挂载在观测型 ROV上 ） ， 在高频宽 3D多波束声呐图像数据可以与位置数据进行融合 1，形成的海底结构 的 3D点云渲染图像。 1.2. 1.2观测型 R0V最近的进展和成就 观测型 ROV目前的技术进展在很多方面只是受限于一线工作人员开发应用 程序的能力。此外，众多观测
35、型 ROV正在结合使用更大的 “ 母体 ” 设备，从而 应用于更深、更高压、更偏僻的环境。 6 观测型 ROV视觉系统设计 (1) 推进器的进步 最近一些观测型 ROV推进器的进步向更有趣的方向发展。首先是普通的螺 旋桨发展为齿轮结构磁耦合的螺旋桨（从而减少异物进入推进器造成损坏的风 险），螺旋桨结构改变以实现更高的流体动力学效率，改良了螺旋桨的换向开关 (从而减少螺旋桨的故障率 ） 16。此外，最近无刷直流马达的发展使得推进器 寿命大幅度提高。噪声控制方面，视频信号电噪声和设备电路板电噪声己经大大 减少了 17。 (2) 批量生产导致的价格下降 随着市场上的小型系统的扩散，独立于设备制造商的
36、零部件制造商拥有更先 进成熟的水下机器人技术和设计。另外，通过量产降低了设备的单台成本。竞争 加上这项技术的普遍推广，旧式的 “ 一次性 ” 设计并小批量制造方法己经逐渐被 淘汰，大批量规模生产方式取代旧式生产方式带来了观测型 ROV的整体价格下 降。 (3) 用户教育的推广 随着 ROV技术的成熟，已经逐渐得到了全世界人们的认可。从大学水平下 降到初中级课程水平，观测型 ROV的科普性介绍已经适应了这种变化，甚至编 写水下机器人的程序也已经快速的普及特别是，海洋技术学会主办了旨在促 进在不同应用环境中使用ROV技术的一些有趣的活动。在美国，海军高级 技术 教育 （ MATE )中心主办的一年
37、一度的 ROV比赛直接激发了一大批年轻有抱负 的机器人爱好者和海洋学专业人士投身到 ROV的探索中。 (4) 传感器带宽增强功能 导致观测型 ROV携带的传感器的带宽增强的两个主要驱动因素是光纤多路 复用器和以太网扩展技术，这两项技术直接的导致了观测型 ROV小型化时代的 来临。从仅仅几年前 100英尺 （ 30米）的深度限制，到现在 3300英尺 （ 1000 米）深度高速的数据吞吐能力，最新的以太网扩展器进一步的突破了距离的障碍。 7 观测型 ROV视觉系统设计 (5) 标准规范 在过去，由于各个设备制造商没有统一的标准，传感器制造商遭受到了非常 大的生产压力。造成这种标准缺乏问题的根源是
38、是缺乏一个强大的客户基础能够 把设备和传感器制造商推到一起。在海洋领域应用的市场，能够促成一个标准的 唯一具有如此凝聚力的客户便是军队。 2005年，美国海军提出一个民用标准， 在 ASTM国际会议上提出，并推动其成为 R0V设备的接口标准。该标准现己发展 并应用到全行业。此外，军方继续接受此后的民用标准（如美国国家海洋电子协 会串行数据的 0183标准 )，极大的促进了传感器与观测型 R0V的发展。 (6) 更广泛的技术认可 民间组织和政府监管机构通过颁布有关观测型 R0V的规范性使用标准和应 用指南以及相关法规，使观测型 ROV技术更规范，也同时促进了观测型 ROV的 使用。在海洋油气行业
39、，为了规范生产，观测型 ROV作为传感器搭载平台也同 样有很多规范标准。 (7) 潜水员需求减少 传统意义上，潜水员是唯一可以携带传感器进行海底勘察和作业的平台（即 潜水员做了水下工作的 100%)。随着 ROV解决方案的不断增加，为了避免潜水 员在水底的危险，观测型 ROV正在逐渐替代潜水员的工作 2 。由于 ROV的出现 和广泛使用，必将减少潜水员的需求数量。相信未来会有更多的 ROV在危险的 海底为人类带来财富，为人类工作在海底的各个角落。 1.2. 2水下视觉技术的发展现状 现在，世界上几个海洋大国进行水下勘探的力度不断加大，然而水下成像技 术却主要采用激光作为探测成像的光源。目前，例
40、如美国、加拿大这些海洋大国 都已研制出各种各样的利用激光作为探测光源的水下成像系统，并且已经大规模 的使用于海洋生物研宄、海底勘探、水下救援打捞等领域。使用激光光源进行水 下成像的研宄和使用 方面，北美国家一直处于领先地位。表 1-2给出了北美国家 8 观测型 ROV视觉系统设计 比较成熟的一些使用激光作为光源的水下成像系统 21。 表 1-2:北美国家比较成熟的激光成像系统 系统名称 国家 成像方式 性能参数 备注 Sparta水下激光 成像系统 USA 距离选通 波长： 0.5300 pm， 脉冲宽度 46dB CCIR 传感器类型 1/2 ” HAD CCD 扫描线 625Line/50
41、Hz PAL 电源输入 恒压 16V-24Vdc., 350mA 视频输出 1.0V Pk-Pk复合视频输出 （ 75Q) 外部同步 同步锁相 电磁兼容 EN50081-1 Emission, EN50082-1 Immunity 工作深度 1500 米 视角 56度（水中对角线 ） 尺寸 主体直径 51mm， 前端直径 68mm,长度 180mm 重量 0 65kg (空气中 ） 0 25kg (水中 ） 连接器 FAWM-SP-BCRA 4. 1.2普通水下摄像头 水下视觉系统中所使用的 4个普通水下高清摄像头是用于对所勘探水域进 行多方向拍摄的。将 4个摄像头所拍摄的图像进行高速拼接，可
42、以得到水下的全 景图。这种普通摄像头选用的是 Outland公司的 UWC-325/p固定焦距彩色摄像头。 表 4-2: UWC-325固定焦距彩色摄像头参数信息 重量 0.2kg (空气中 ）， 0.08kg (水中 ） 工作深度 300m 成像器件 1/3 ” CCD 彩色 像素 768HX494V 感光度 0. llux fl.4 分辨率 480电视线 视频输出 1. 2Vpp 电源 12Vdc 200mA 水中视角 70度 为了实现 4个 UWC-325摄像头的向各个方向的拍摄 ，需 要为每个摄像头配 30 观测型 ROV视觉系统设计 备独立的光源。光源选取 Outland公司的 UW
43、L-200水下灯。 表 4-3: UWL-200水下灯参数 重量 0.6kg (空气中 ） 0.48kg (水中 ) 外壳材料 17-4不锈钢 工作深度 1000m 功率 最大 150W 色温 3000K 灯泡 Q150/cl/mc 标准 1,6 dia. C4 nn) A _ 4.5 UlEmrO 1 dia (25nn 图 4-2光源尺寸图 4.3数据传输方案 由于本论文设计的水下视觉系统采用了两类摄像头，安装在 ROV的不同部 位，以实现不同的应用任务。 对于挂载于 ROV底部的一对高清 CCD摄像机 ，在执行不同的探测任务时， 配合四个集束光源的不同探照方式，既可以实现单目水下摄像，也
44、能实现双目立 体视觉。 在大面积水下探测工作中，每组集束光源负责为一个 CCD摄像机照明。此 时每个CCD摄像机及为其照明的两个技术光源组成独立的水下视觉系统，两套 水下视觉系统的数据可以进行互补，从而丰富水下探测的信息量。另外，两台 CCD摄像机的图像可以在水上进行拼接，从而可以得到水下环境的全景图。 在发现感兴趣目标物体时，设计的照明系统可以调动 4个光源同时照射目标 物体，一对 CCD形成双目立体摄像机对目标物体进行重点观 察，得到的图像数 据可以经处理后进行水下目标的三维立体恢复。 普通水下摄像机分别挂载于 ROV的左侧面、右侧面、顶部、前方。用于普 通光照条件下对 ROV四周环境的观测，在为 ROV导航提供视觉辅助信息的同时， 31 观测型 ROV视觉系统设计 可以获得普通画质的水下环境图像信息。 为了保证水下视觉系统的稳定性和应用灵活性，两类摄像头的视频数据传输 方式采用独立传输的方式。初次设计的水下视觉系统工作水深为 300米。 4. 2. 1同步摄像机视频传输方案 同步摄像机的连接线是与 OE14-364同步摄像机的专用线，电缆中包括供电 线路、数据传输线路等。由于要在水下作业，电缆与摄像机连接处要做防水密封 处理。 水 F 水上 控制器选用 KONGSBERG公司的摄像机电源和接口控制器 OE1234。 OE1234 是一款