专利名称：遥控水下机器人视频传输及监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及遥控水下机器人通信技术领域，具体说是一种遥控水下 机器人视频传输及监控装置。技术背景遥控水下机器人是一种工作在海中的设备，在它的上面安装有多台水下 摄像机，而每台水下摄像机要观察海里目标不同，因此要对每台摄像机进行变焦(ZOOM)和聚焦(FOCUS)控制，才能达到比较理想的视频效果；同时， 要把这些水下摄像机的视频图像传递到水面，进行视频处理和显示。传统遥 控水下机器人釆用同轴或双绞线进行视频传输，这种传输方法不但传输的距 离短，而且每台摄像机要占用一根同轴或双绞线，在摄像机数量少的情况下 勉强接受，而对于多台水下摄像机时就成为瓶颈或根本不可行，因为过多的 同轴或双绞线会使水面到水下的电缆变得非常粗，阻力很大，这是不容许的； 对传输到水面视频图像的存储、编辑及视频叠加等方面也需要进行更新和换 代；另外，以往的水下摄像机多采用不可调焦的摄像机，要实现变焦和聚焦 控制比较困难，所有这些都无法适应和满足海洋事业对遥控水下机器人的要 求。实用新型内容为了克服上述不足，本实用新型的目的是提供一种釆用光纤通信技术来 实现视频和数据的传输，并实现对水下机器人上每台摄像机进行控制及对传 输到水面的视频图像进行处理和显示的视频监控装置。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是 一种遥控水下机器人视 频传输及监控装置，控制计算机通过交换机与水面I/O模块相连，水面I/O模块与操作面板相连；控制计算机通过交换机与水面光多路复用器相连，水面光多路复用器通过光纤与水下光多路复用器进行信号传输，水下光多路复用器与水下1/0模块相连，水下1/0模块与摄像机控制模块组相连，实现对摄像机的控制；水下光多路复用器的视频模块与摄像机相连釆集视频信息； 水面光多路复用器的视频模块与监视器连接进行视频信息显示，同时水面光 多路复用器通过视频切换器与字符叠加器连接，字符叠加器通过串口与控制 计算机相连；控制计算机将水下机器人上的信息通过字符叠加器叠加在所选 视频上，字符叠加器与硬盘录像机相连进行视频信号存储，同时硬盘录像机 与主监视器相连进行视频显示。光多路复用器釆用模块化设计，其内设有电源模块、MODEM模块和视频模 块，光多路复用器设有以太网接口， MODEM模块对光信号进行调制解调；视频 模块可根据水下摄像机的数量增加或减少，而摄像机控制模块组和水面监视 器也相应地进行增加或减少。摄像机控制模块组设有多个相同控制模块，控制模块与水下摄像机一一 对应，控制模块实现水下摄像机的电源控制、变焦控制和聚焦控制。本实用新型更具有如下优点1. 本实用新型釆用光纤进行传输，视频和数据信号传输距离长，提高了 视频和数据传输质量，加大了传输的距离，最长可达到10KM。2. 本实用新型釆用光多路复用器，使得视频传输的通道可通过视频卡进 行扩展，每扩展一块视频卡可以增加4个视频通道。3. 本实用新型中的摄像机视频控制釆用控制模块，每个模块对应一台摄 像机，增加摄像机只需增加一块控制模块。4. 本实用新型的摄像机控制模块，结构简单、功能齐全，而且控制信号 和输出信号间釆用光电隔离，减少了干扰。5. 本实用新型釆用以太网通信技术，不但水面、水下的控制釆用以太网， 而且硬盘录像机也带有以太网接口，使得视频图像的储存、拷贝等操作变得 简单容易，对于接入该以太网的计算机可以方便的浏览该、下载该视频，整 个装置的可扩展性和灵活性大大增强。6. 本实用新型釆用视频切换器很方便的实现视频的切换和选择，同时釆 用动态字符叠加器通过计算机的串口把水下机器人的深度、航向等信息叠加 在所选的视频上。
图1水下机器人视频传输及监控装置示意图；图2水下摄像机控制模块原理图；图3水下机器人视频及监控装置软件流程图。
具体实施方式
实施例如图1所示，
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明， 一种遥控水下机器人视频传输及监控装置，控制计算机与人机界面相连，控 制计算机通过交换机采集水上I/O模块的信息，水面I/O模块与操作面板相 连；控制计算机将控制信号通过交换机传输到水面光多路复用器的MODEM模 块。水面和水下都设有光多路复用器，光多路复用器釆用模块化设计，其内 设有电源模块、MODEM模块和视频模块，光多路复用器设有以太网接口。其中 电源模块负责提供电源；视频模块可根据需要增加该视频模块的数量，每个 视频模块含有4个视频通道，水面和水下的视频模块成对设置；M0DEM模块设有以太网接口并对光信号进行调制解调；水面光多路复用器通过光纤与水下
光多路复用器进行信号传输。水面光多路复用器视频模块输出的视频信号分别与小监视器和视频切换 器相连，字符叠加器分别与控制计算机、硬盘录像机连接；视频切换器选择l 路视频输出到字符叠加器，控制计算机通过串口将信息传到字符叠加器，字 符叠加器在所选的视频中叠加水下机器人的信息并将视频传输到硬盘录像机 进行存储，硬盘录像机输出该视频到主监视器进行实时显示，且硬盘录像机设有用于浏览、下载视频的以太网接口。水下I/O模块将控制信号输出到摄像机控制模块组实现摄像机的控制；水下光多路复用器的视频模块与摄像机 相连釆集视频信息，水下光多路复用器将视频信息经光纤传输到水面光多路 复用器，水面光多路复用器的视频模块与监视器连接进行视频信息显示。水 下摄像机控制模块的控制信号源于水下I/O模块输出的控制信号，摄像机控 制模块组设有多个相同控制模块，控制模块与水下摄像机一一对应，控制模 块实现水下摄像机的电源控制、变焦控制和聚焦控制。本实施例釆用4台摄像机，说明整个装置的视频传输与显示，水下摄像 机与视频模块相连，水下摄像机的视频信号由水下的视频模块经光纤传到水 面光多路复用器的视频模块，水面光多路复用器的每路视频模块分别与监视 器连接，进行信息视频显示；同时在水面将这4路视频信号分别进行桥接输 入到视频切换器中，视频切换器根据选择输出l路视频信号到字符叠加器中， 通过字符叠加器将来自水下机器人的一些重要信息叠加在所选的视频中，由 字符叠加器输出到硬盘录像机进行存储，同时硬盘录像机又实时输出该视频 到主监视器上进行显示，供操作员观察。水下摄像机的电源控制、变焦和聚 焦控制由摄像机控制模块组来实现，每台摄像机对应一个控制模块，每个模 块均相同。摄像机控制模块的控制信号是由主控水面控制计算机通过水面的 釆集，经过处理后传到水下1/0采集模块，由该模块输出控制信号接到相应 的摄像机控制模块中实现对摄像机的控制。水面控制计算机、水下、水面I/O 模块及硬盘录像机釆用以太网连接。主控计算机通过以太网可以访问、刻录 回放硬盘录像机中的视频图像。由于釆用以太网，视频图像可以在接入该以 太网的计算机中下载和播放。整个装置的水上和水下控制部分釆用以太网通 信技术，不但使控制装置变得灵活方便可扩展，而且使控制装置具有很好的 继承性和通用性；硬盘录像机也带有以太网接口，并接入控制装置所使用的 以太网中，使得视频图像的储存、拷贝等操作变得简单容易，对于接入该以 太网的计算机可以方便的浏览、下载该硬盘录像机中的视频，增强了视频图 像的利用价值。如图2所示，水下摄像机控制模块对水下摄像机的电源控制、变焦和聚 焦的控制。其中电源控制釆用继电器(REL1)实现，水下的1/0模块输出控 制信号(Power)控制继电器(REL1)触点的动作，输出电源(Ph+),从而实 现对摄像机电源的控制。变焦和聚焦控制的电路完全一样，以聚焦为例，每 路需要两个控制信号聚焦(F0CUS+、 FOCUS-)，这两个信号分别与光耦器件(IC1)的输入端相连，光耦器件(IC1)的输出端控制两个第一MOS管(RF1) 和第二M0S管(RF2),其第一、第二M0S管的2脚短接，作为输出信号(Fout) 控制水下摄像机的聚焦。聚焦(F0CUS+、 F0CUS-)信号来自水下1/0模块的 数字量输出，两个信号存在逻辑互锁，即这两个信号不能同时起作用，否则 将造成第一MOS管(RF1)和第二M0S管(RF2)短路，两个控制信号的逻辑 互锁通过水面控制计算机来实现。如图3所示，水下机器人视频传输与监控装置程序的具体流程为控制 计算机程序通过水面I/O模块以太网通信子程序扫描面板的操作状态，把摄 像机电源控制开关、变焦和聚焦开关的状态釆集到控制计算机，控制计算机 处理釆集到的数据，进行逻辑互锁，保证每一个水下摄像机控制模块的聚焦 (F0CUS+、 FOCUS-),变焦(Z00M+、 ZOOM-)控制信号不能同时起作用，再通 过水下1/0模块以太网通信子程序，输出至水下I/0模块，水下1/0模块的 数字量输出模块将控制信号输出到水下摄像机控制模块的相应管脚，实现对 水下摄像机的控制。由于摄像机的变焦和聚焦控制逻辑相同，因此这里只介 绍聚焦的逻辑互锁程序，变焦程序省略；水面控制计算机通过水面1/0模块 以太网通信子程序扫描面板的操作状态，把摄像机电源控制开关、聚焦和聚 焦的开关状态釆集到主控计算机，监控装置程序首先判断摄像机电源开关是 否接通，若未接通，则不输出任何控制信号；若接通，则输出电源控制信号。 然后程序再判断聚焦加和聚焦减的按钮状态是否相同；若相同，表示两按钮 同时按下或同时放开，计算机不输出控制信号。若不同，判断是聚焦加按下 吗？若是，则输出聚焦加控制信号，若否，则输出聚焦减控制信号。这样程 序保证不论何种情况只输出一个聚焦控制信号，从而保证不会发生短路的情 况。
权利要求1、一种遥控水下机器人视频传输及监控装置，其特征在于控制计算机通过交换机与水面I/O模块相连，水面I/O模块与操作面板相连；控制计算机通过交换机与水面光多路复用器相连，水面光多路复用器通过光纤与水下光多路复用器进行信号传输，水下光多路复用器与水下I/O模块相连，水下I/O模块与摄像机控制模块组相连，实现对摄像机的控制；水下光多路复用器的视频模块与摄像机相连采集视频信息；水面光多路复用器的视频模块与监视器连接进行视频信息显示，同时水面光多路复用器通过视频切换器与字符叠加器连接，字符叠加器通过串口与控制计算机相连；控制计算机将水下机器人上的信息通过字符叠加器叠加在所选视频上，字符叠加器与硬盘录像机相连进行视频信号存储，同时硬盘录像机与主监视器相连进行视频显示。
2、 按照权利要求l所述遥控水下机器人视频传输及监控装置，其特征在 于光多路复用器釆用模块化设计，其内设有电源模块、MODEM模块和视频模 块，光多路复用器设有以太网接口， MODEM模块对光信号进行调制解调；视频 模块可根据水下摄像机的数量增加或减少，而摄像机控制模块组和水面监视 器也相应地进行增加或减少。
3、 按照权利要求l所述遥控水下机器人视频传输及监控装置，其特征在 于摄像机控制模块组设有多个相同控制模块，控制模块与水下摄像机一一 对应，控制模块实现水下摄像机的电源控制、变焦控制和聚焦控制。
专利摘要一种遥控水下机器人视频传输及监控装置，控制计算机通过交换机与水面I/O模块相连，控制计算机通过交换机与光多路复用器相连，水下I/O模块通过摄像机控制模块组实现对摄像机的控制；水下光多路复用器的视频模块与摄像机相连，水下光多路复用器将视频信息传输到水面光多路复用器，水面光多路复用器与监视器连接进行视频信息显示，并通过视频切换器与字符叠加器连接，字符叠加器输出视频信号给硬盘录像机进行视频存储，采用光纤进行传输，提高了视频和数据传输质量，传输距离长，采用以太网通信技术，使得视频图像的储存、拷贝等操作简单，对于接入该以太网的计算机可以方便的浏览、下载该视频，整个装置的可扩展性和灵活性大大增强。
文档编号H04N5/278GK201215999SQ20082001311
公开日2009年4月1日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者任福林, 崔胜国, 王晓辉, 洋 赵, 威 郭 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所