警用軟管內(nèi)窺鏡設(shè)計與實現(xiàn)

劉政 劉春光

摘 要 軟管內(nèi)窺鏡是集傳統(tǒng)光學(xué)、人體工程學(xué)、精密機(jī)械、現(xiàn)代電子、數(shù)學(xué)、軟件等于一體的檢測儀器。軟管窺鏡廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、化工生產(chǎn)等場所。近年來，隨著反恐形勢的不斷升級，軟管窺鏡在安檢搜排爆中的作用也越發(fā)凸顯。但是傳統(tǒng)窺鏡由于自身設(shè)計原因，限制了其在日常工作中的使用。筆者經(jīng)過長期的實踐總結(jié)，設(shè)計了一款警用軟管窺鏡。該軟管窺鏡具有體積小、重量輕、多屏幕共享、觀察直觀等特點。此軟管內(nèi)窺鏡方便了安檢搜排爆隊員的使用，有利于對可疑物的搜尋和研判。

關(guān)鍵詞 無線發(fā)射器；內(nèi)窺鏡；LCD微顯示技術(shù)

中圖分類號 TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）223-0166-02

在日常安檢搜排爆任務(wù)中，在對狹小空間檢查，可疑物內(nèi)部觀察等情況下，軟管窺鏡由于小巧靈活等特點，在這種應(yīng)用環(huán)境起到了很大的作用。但是傳統(tǒng)安檢內(nèi)窺鏡由于體積大，接線多，觀察不夠直觀，限制了其在安檢搜排爆中的使用。筆者經(jīng)過長期總結(jié)，研發(fā)了一款警用軟管內(nèi)窺鏡。該軟管窺鏡采用無線傳輸，可直接將觀察圖像傳輸?shù)蕉鄠€手機(jī)客戶端，便于人員觀察及多人研判。此外，圖像還可投射到頭戴顯示器，安檢搜排爆隊員可解放雙手，直接觀察，便于進(jìn)行其他活動。

1 設(shè)備相關(guān)技術(shù)

1.1 無線傳輸

無線傳輸（Wireless？transmission）是指利用數(shù)字微波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N方式。數(shù)字微波傳輸就是先把視頻編碼壓縮，然后通過數(shù)字微波信道調(diào)制，再通過天線發(fā)射出去，接收端則相反，天線接收信號，微波解擴(kuò)，視頻解壓縮，最后還原視頻信號，顯示到用戶終端。本設(shè)備采用內(nèi)置WiFi發(fā)射器的方式進(jìn)行無線視頻信號傳輸。使用WiFi發(fā)射器使得設(shè)備在實現(xiàn)無線傳輸?shù)耐瑫r簡化了設(shè)備部件。無線傳輸設(shè)備體積為4cm×1cm×1cm，具有體積小，重量輕，便于使用者攜帶等特點。設(shè)備使用的無線WiFi發(fā)射器，內(nèi)置WiFi發(fā)射模塊。其功能是將串口或TTL電平轉(zhuǎn)為符合WiFi無線網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11b. g.n協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧。使得接收端手機(jī)無需增加其他外部部件即可加入WiFi發(fā)射器提供的私有網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的接收與顯示。此外發(fā)射器外部顯示屏可顯示設(shè)備當(dāng)前電量與設(shè)備狀態(tài)，便于用戶了解設(shè)備的信息和運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備使用的WiFi發(fā)射器如圖1。

1.2 內(nèi)窺鏡

內(nèi)窺鏡是集中了傳統(tǒng)光學(xué)、人體工程學(xué)、精密機(jī)械、現(xiàn)代電子、數(shù)學(xué)、軟件等于一體的檢測儀器。內(nèi)窺鏡自身可任意彎曲，鏡頭配有燈光，方便進(jìn)入狹小空間觀察操作。本設(shè)備所用的內(nèi)窺鏡頭部采用的是微型高清近焦攝像頭。攝像頭捕捉圖像信息，然后通過內(nèi)置CMOS芯片將圖像信號轉(zhuǎn)換為特定格式的視頻信號，最后通過導(dǎo)線將轉(zhuǎn)換的視頻信號進(jìn)行傳輸。軟管鏡頭分辨率為640×480，頻率30幀/秒，防水級別IP×67?？蓾M足日常安檢隊員的使用要求。此外，本設(shè)備攝像頭末端配有磁鐵、鉤子、反光鏡等部件，用于對狹小空間內(nèi)物體的鉤取等操作。軟管采用雙攝像頭設(shè)計，在鉤取物體的時候，可以交替使用雙攝像頭觀察鉤子，磁鐵等部件的工作狀態(tài)。攝像頭鏡頭均配有可調(diào)節(jié)白光光源，為設(shè)備在不同光線環(huán)境下提供方便。

1.3 LCD微顯示技術(shù)

微顯示技術(shù)是顯示技術(shù)的一個分支，是近幾年興起的一項技術(shù)。其主要應(yīng)用于VR設(shè)備，頭戴顯示器，軍用產(chǎn)品的等領(lǐng)域。微顯示技術(shù)的設(shè)備主要由兩部分組成：LCD微顯面板，光學(xué)放大設(shè)備（凸透鏡）。LCD微顯面板主要由電極和液晶層構(gòu)成。面板液晶層中的水晶液滴都被包含在細(xì)小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個像素。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。光學(xué)放大設(shè)備最后將微顯面板顯示的圖像放大后投射到人眼的視網(wǎng)膜中，原理圖如圖2。

本設(shè)備采用的頭戴單目顯示器，兼容NTSL/PAL視頻信號，具備視力調(diào)節(jié)功能，支持近視度數(shù)650，遠(yuǎn)視度數(shù)200。外部配有橡膠眼罩使使用者具有良好的佩戴體驗。

2 總體設(shè)計

該軟管窺鏡分為發(fā)射端、顯示端、頭盔、電源四部分。

其中，發(fā)射端主要包括軟管攝像頭、無線發(fā)射器。用于實現(xiàn)圖像的采集、圖像的傳輸、圖像的發(fā)射等功能。

顯示端主要由便攜頭戴單目顯示器、手機(jī)客戶端軟件、智能手機(jī)構(gòu)成。單目顯示器將視頻信號直接投射到使用者的頭盔顯示器，觀察更加直觀。與老式警用軟管內(nèi)窺鏡相比，本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，眼部顯示器用于觀察，雙手操作軟管，簡化了用戶操作，單兵即可使用。

設(shè)備圖像不但可以直接投射到頭戴單目顯示器，還可通過無線實時傳輸?shù)绞謾C(jī)、筆記本等設(shè)備。在對可疑爆炸物內(nèi)部觀察時，可為指揮員提供實時圖像，為下一步的操作提供依據(jù)?？蛻舳塑浖哂袖浵?、截屏、圖像變化等功能，可以將操作過程存檔，為后期總結(jié)、分析提供參考。

設(shè)備載體采用的是FAST快速反應(yīng)頭盔。FAST是Future？Assault？Shell？technology（未來攻擊防護(hù)外殼技術(shù)）的縮寫。不僅滿足了防護(hù)要求，而且還考慮了整合、滿足頭部各種裝備安裝需求及影響，譬如：通訊耳機(jī)或者耳罩、電子聽力保護(hù)設(shè)備、夜視設(shè)備、戰(zhàn)術(shù)燈、攝像機(jī)、電池組，等等。

本系統(tǒng)采用12V鋰電池組供電。電池組采用A+級18650電芯，內(nèi)部裝有鋰電池保護(hù)板，防止過充過放，最大限度地保護(hù)電池。電源在輸出時采用兩路輸出，一路經(jīng)過DC直流降壓模塊降壓為5V為頭戴顯示器供電。另一路直接為軟管攝像頭提供12V電流。經(jīng)測試，本系統(tǒng)一次充電可使用90分鐘以上。

設(shè)備外觀如圖3。

3 結(jié)論

本文所述的警用軟管內(nèi)窺鏡采用先進(jìn)的微型顯示技術(shù)及軟管成像技術(shù)，可為安檢隊員提供微小縫隙、狹小場所的實時高清圖像。此外本軟管窺鏡配有無線WiFi發(fā)射模塊，可同時通過手機(jī)遠(yuǎn)距離顯示觀察圖像，為指揮員提供判斷依據(jù)。此設(shè)備的運(yùn)用將大大提高工作效率，為安檢排爆隊員提供方便。

參考文獻(xiàn)

[1]張孝亮，李繼龍.氣象因素對無線信號傳輸?shù)挠绊慬J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（6）.

[2]川行于世.探究無線信號傳輸?shù)摹皬?qiáng)弩之末”[J].電腦愛好者，2009（21）.

[ 3 ]張默晗，張北，王天亮.無線信號傳輸裝置[ Z ] . CN201514694U：，2010.

[4]曾省吾，吳春發(fā).一種無線信號傳輸與接收系統(tǒng)[Z]. CN1662062：，2005.