一種中繼型水下高速攝像系統(tǒng)

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所 盧海洋

0 引言

高速攝像機(jī)是一種可以很高幀頻對物體的運(yùn)動影響進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)，高速攝像機(jī)一般可達(dá)到每秒l000～1000O幀的幀頻甚至更高。水下高速攝像機(jī)是將高速攝像機(jī)安裝在帶耐水壓透光玻璃密封裝置中，用于研究水下高速運(yùn)動的物體[1]。

本文研究的中繼型水下高速攝像系統(tǒng)是將4臺水下高速攝像機(jī)集成在一起，用于研究分析水下高速運(yùn)動的物體。由于水下高速攝像機(jī)基于以太網(wǎng)，并帶有較長的水密電纜和電纜收放絞車，網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量較大時通信不太穩(wěn)定，在電纜收放絞車中增加中繼型路由器，增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性和傳輸質(zhì)量[2]。

1 主要存在的問題

當(dāng)前對水下高速運(yùn)動的物體分析手段還比較匱乏，水下高速攝像系統(tǒng)是一種有效的分析手段。本文通過水下高速系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)出一套體積小、實(shí)時傳輸記錄水下高速攝像系統(tǒng)，有效解決了水下高速運(yùn)動物體的運(yùn)動分析難題，讓水下高速運(yùn)動物體的研究可視化[3]。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能及設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能：接收到拍攝觸發(fā)信號后，從三個不同的維度實(shí)現(xiàn)水下高速運(yùn)動物體的拍攝記錄。

水下高速攝像系統(tǒng)包括3組水下高速攝像裝置、3臺電纜絞車、水面控制柜、計(jì)算機(jī)等組成，原理框圖如圖1所示。每組水下高速攝像裝置包括1臺高速攝像機(jī)、3臺水下照明燈、3臺整流器、3臺設(shè)備安裝架。安裝架用來安裝水下高速攝像機(jī)、水下照明燈和整流器。[1]

圖1 水下高速攝像系統(tǒng)原理圖

每組高速攝像裝置與水面控制臺之間通過一根水密電纜連接，中間通過電纜絞車連接。由于水下攝像機(jī)到計(jì)算機(jī)之間為以太網(wǎng)連接，中間連接接頭較多，以太網(wǎng)信號衰減較大，通信及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量太差，所以在電纜絞車中增加一中繼型HUB，增強(qiáng)以太網(wǎng)傳輸信號強(qiáng)度和質(zhì)量。

水下高速攝像系統(tǒng)拍攝時，通過計(jì)算機(jī)中高速攝像機(jī)處理軟件對攝像機(jī)進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)接收到同步觸發(fā)信號后啟動拍攝[4][5]。

3 應(yīng)用效果

通過水下試驗(yàn)驗(yàn)證，水下高速攝像系統(tǒng)拍攝清晰、高速運(yùn)動過程記錄完整，信號傳輸穩(wěn)定，能夠?qū)λ赂咚龠\(yùn)動設(shè)計(jì)研究起到驗(yàn)證和指導(dǎo)作用。同步拍攝裝置保證不同水下高速攝像機(jī)的數(shù)據(jù)記錄零秒統(tǒng)一，有效解決不同攝像機(jī)的數(shù)據(jù)記錄同步問題。

4 結(jié)束語

基于HUB中繼型的水下高速攝像系統(tǒng)，減小了水下高速攝像機(jī)的體積，能夠解決以太網(wǎng)長距離傳輸信號不太穩(wěn)定的問題。但也增大系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，降低系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。在以后的設(shè)計(jì)中，在空間要求不高的情況下，應(yīng)采用光纖信號傳輸，這樣水下高速攝像系統(tǒng)可靠性和維護(hù)性更高[6]。

[1]王斌,賈粉粉.高速攝像機(jī)測試目標(biāo)運(yùn)動軌跡的精度分析[J].測試技術(shù)學(xué)報,2014,28(1).

[2]馮巧寧.基于RS-422總線的高速攝像機(jī)遠(yuǎn)程環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國新通信,2014(24).

[3]穆春迪,謝劍斌,等.面向動攝像機(jī)的高速運(yùn)動目標(biāo)檢測[J].中國圖像圖形學(xué)報,2015 20(3).

[4]邸興,張杰.高速攝像機(jī)遠(yuǎn)程同步觸發(fā)系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2015,23(4).

[5]宋成慶.談普及型水下攝像機(jī)在我國海洋開發(fā)中的應(yīng)用[J].海洋技術(shù),2000,19(2).

[6]劉艷瀅,李桂菊,馮曉勇.高速數(shù)字式攝像機(jī)的控制與數(shù)據(jù)流遠(yuǎn)距離傳輸?shù)难芯縖J].長春理工大學(xué)學(xué)報,2004,27(2).