本实用新型涉及水下拍摄的技术领域，特别是指一种水下航行器的自主跟踪拍摄系统。
背景技术：
现有的水下航行器多为用于水下打捞、勘探、搜救等的某种专用设备，虽然可用电缆传输信号控制航行器的航行状态，并进行水下拍摄和一些比较简单的水下操作，但其价格昂贵，以2万元/台的价格起步，且体型较大，不便于携带。
现有的几款水下拍摄、娱乐用的航行器，需要用户在岸上操作，用电缆控制航行器的方向进行水下拍摄(无线控制型，其水下的可控深度只有5m)，因此进行潜水拍摄时需要有专人在水面上进行操作，水下潜水人员就无法对其进行操作。由于电缆的长度有限，从而也就限制了拍摄范围，而且长线缆不但不便于携带，同时还会加大航行器的负重，长电缆拖行降低续航能力。
现有水下拍摄设备，不能根据水下潜水人员的意愿来主动选择拍摄场景，同时不能进行主动跟踪拍摄。
而现有的娱乐型载人水下推进器，不具备水下拍摄的能力，且转向完全依靠手动转向，没有转向助力，操作不便。
现有的水下跟踪拍摄航行器采用摄像头对目标进行跟踪，利用摄像头目标识别和跟踪受水下能见度影响非常大，跟踪距离较小，并且要求在跟踪范围内只能出现一个运动目标。
因此，为满足游泳爱好者对水上和水下的娱乐要求，实现水下航行器的载人与自主跟踪拍摄。实现水下人机交互，主动选择拍摄场景，载人时提供转向助力，并且水下跟踪时基本不受能见度的影响，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型实施例提供了一种水下航行器的自主跟踪拍摄系统，为了解决现有技术中水下航行器不能同时对水下和水上进行自主跟踪拍摄的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
一种水下航行器的自主跟踪拍摄系统，包括人体佩戴信标，声呐、矢量水听器和水下航行器；所述人体佩戴信标由水下发射换能器、光纤通信接口、水密电子舱、腰带、水下液晶屏、水下按键和按键信号处理舱组成；所述水下发射换能器用于发送特定编码的水声信号及控制指令给水下航行器；所述腰带用于人体佩戴信标的佩戴，所述腰带内部具有数据传输线路，用于连接水密电子舱和按键信号处理舱；所述水下液晶屏用于显示待拍摄图像；所述水下按键用于调整待拍摄图像的角度、位置；
所述声呐用于运动过程躲避障碍物；
所述水下航行器包括载人拱形扶手、水下操控按键、光纤线缆接口、推进器、摄像头、水下液晶屏、浮力块、尾部电机舱、电机驱动器舱体、信号处理舱体和电池舱；所述载人拱形扶手用于水下或水面载人航行时拖动人体和辅助控制水下航行器的航行方向；所述水下操控按键设置在载人拱形扶手上，用于控制水下航行器的运动状态和拍摄模式；所述光纤线缆接口包括两个，分别与人体佩戴信标和水面控制设备连接；
所述矢量水听器用于解算人体佩戴信标相对于水下航行器的角度；所述水下航行器根据矢量水听器的解算角度和传播方向，确定所述人体佩戴信标的位置，完成对人体目标的自动跟踪拍摄。
其中，所述水下航行器的光纤通信接口和人体佩戴信标上的光纤通信接口可选择性连接，当没有光纤线缆时利用水下发射换能器传输控制指令给水下航行器，并将视频数据显示在人体佩戴信标上的水下液晶屏上。
优选地，所述矢量水听器由一个声压和X-Y两个相互垂直的晶体振元组成，所述X-Y两个相互垂直的晶体振元用于解算人体佩戴信标相对于航行器的角度，所述声压用于解算人体佩戴信标声源的传播方向和声源的距离。
进一步地，所述矢量水听器包括两个，分别位于水下航行器的上侧头部和下侧尾部。
为了增加水声信号的辐射角度，所述水下发射换能器采用半球形结构外形。
优选地，所述摄像头包括三个，可单独拍摄、同时拍摄或者任意组合拍摄。
本实用新型的有益效果为：本实用新型实施例提供了一种水下航行器的自主跟踪拍摄系统，包括人体佩戴信标，声呐、矢量水听器和水下航行器；所述人体佩戴信标由水下发射换能器、光纤通信接口、水密电子舱、腰带、水下液晶屏、水下按键和按键信号处理舱组成；所述水下航行器包括载人拱形扶手、水下操控按键、光纤线缆接口、推进器、摄像头、水下液晶屏、浮力块、尾部电机舱、电机驱动器舱体、信号处理舱体和电池舱。工作时，水下潜水人员佩戴人体佩戴信标，矢量水听器解算人体佩戴信标相对于水下航行器的角度、方向和声源的距离后，发送给水下航行器，水下航行器利用角度、方向和声源的距离对潜水人员进行跟踪，在跟踪的过程中利用摄像头拍摄场景，潜水人员可在水中调整拍摄角度和跟踪距离。
本实用新型具有以下优点：(1)与现有技术的水下拍摄航行器相比，能够主动跟踪拍摄目标，记录整个拍摄过程，并且在跟踪的同时从不同的角度进行拍摄；(2)与现有技术的水下拍摄航行器相比，不但可在水面操作，对水下进行拍摄，还可直接水下进行人机交互，自主选择拍摄场景和航行器的工作方式；(3)与现有技术的水下载人推进器相比，不但可进行水下拍摄，将拍摄画面实时显示，便于用户选择拍摄场景，还具有差速原理的转向助力，便于用户在水下游行时的转向；(4)与现有技术的水下载人推进器相比，有多个水下操控按钮和向下的推进器，能够自由控制水下航行深度，因此不会游泳的人可进行水下游行，具有搜救功能；(5)与现有技术的水下游乐设备相比，它是载人与拍摄合为一体，便于远距离游行和大范围的水下拍摄；(6)与现有技术的水下跟踪拍摄技术相比，跟踪距离基本不受水下能见度影响，跟踪距离较大，可实现50米以上的跟踪距离，只识别配对好的水声信号，可稳定跟踪特定目标。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的水下航行器的自主跟踪拍摄系统右视图；
图2为本实用新型实施例提供的水下航行器的自主跟踪拍摄系统左视图；
图3为本实用新型实施例提供的水下航行器的自主跟踪拍摄系统底部视图；
图4为本实用新型实施例提供的水下航行器的自主跟踪拍摄系统前视图；
图5为本实用新型实施例提供的水下操控按键局部视图；
图6为本实用新型实施例提供的人体佩戴信标侧视图；
图7为本实用新型实施例提供的人体佩戴信标前视图；
图8为本实用新型实施例提供的人体佩戴信标后视图。
图中：11-载人拱形扶手，12-左侧水下按键，13-左侧水下按键，14-左侧水下按键，15-载人拱形扶手，16-右侧水下按键，17-右侧水下按键，18-右侧水下按键，19-，20-，21-上光纤线缆，22-光纤线缆接口，23-小型光纤线缆，25-小型光纤线缆接口，31-水下推进器，32-水下推进器，33-水下推进器，41-旋转甲板，42-左侧摄像头安装孔，43-前端摄像头安装孔，51-上侧矢量水听器，52-下侧矢量水听器，53-声呐，61-右侧底部支架，62-左侧底部支架，63-水下液晶屏，64-浮力块，65-尾部电机舱，66-电机驱动器舱体，67-电池舱，68-信号处理舱，71-水下液晶屏，72-腰带，73-水密电子舱，74-水下发射换能器，75-水密电子舱固定槽孔，76-水密电子舱固定槽孔，81-按键信号处理舱，82-水下操控按键，83-水下操控按键，84-水下操控按键，85-水下操控按键，86-水下操控按键。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
参照附图1-图4，本实用新型实施例提供了一种水下航行器的自主跟踪拍摄系统，包括人体佩戴信标，声呐、矢量水听器和水下航行器。
参见图6-图8，人体佩戴信标由水下发射换能器、光纤通信接口、水密电子舱、腰带、水下液晶屏、水下按键和按键信号处理舱组成；
工作时，水下潜水人员佩戴人体佩戴信标，矢量水听器解算人体佩戴信标相对于水下航行器的角度、方向和声源的距离后，发送给水下航行器；水下航行器根据矢量水听器的解算角度和传播方向，确定人体佩戴信标的位置，再利用PID、模糊控制等控制算法，实现对潜水人员的跟踪；在跟踪的过程中利用摄像头拍摄场景，潜水人员可在水中调整拍摄角度和跟踪距离。
本实用新型实施例提供的水下航行器如图1所示，包括载人拱形扶手11、15，左侧水下操控按键12、13、14，上光纤线缆21，三个水下推进器31、32、33，右侧摄像头安装孔41，上侧矢量水听器51，右侧底部支架61，水下液晶屏63、浮力块64、尾部电机舱65、电机驱动器舱体66、电池舱67和信号处理舱68。
载人拱形扶手11、15用于水下或水面载人航行时拖动人体和辅助控制航行器的航行方向，也可用于移动航行器。左右两侧的载人拱形扶手11、15上各有三个水下操控按键12、13、14和16、17、18，如图5所示为左侧载人拱形扶手11上的水下操控按键12、13、14。按键12、16用于控制航行器的启动、停止、加速和减速，按键13、14、17、18用于设置航行器的工作模式、拍摄、录像等操作。
水下航行器进行拍摄时，可选择前端摄像头安装孔43或左右两侧摄像头安装孔42、41内的摄像头同时拍摄或任意组合方式拍摄，三个摄像头安装孔内设置有LED辅助照明光源，并由透明有机玻璃密封。拍摄时可将图像画面显示在水下液晶屏63上，也可辅助显示航行器的工作模式和状态信息，便于用户设置。
光纤线缆21与水面操作设备连接，水面操作设备为光-电信号转换模块，为手机、便携式电脑、遥控器等提供WIFI、USB、以太网三种数据传输接口。光纤线缆21与光纤线缆接口22可选择性连接，由此可利用光纤线缆21在水面对水下进行拍摄、勘察、搜救。
水下推进器31、32用于控制航行器的航行速度和航行方向，水下推进器33用于控制航行器的航行深度，航行器无动力时处于正浮力状态。航行器主动航行或是在载人航行时，利用水下推进器31、32的转速差控制航行方向，由此载人航行时可手动或自动转向，主动选择拍摄场景，利用三个100°的广角摄像头获取300°的近全景拍摄效果。
本实施例提供的人体佩戴信标如图6所示，包括水下发射换能器74、光纤通信接口26、水下液晶屏71、腰带72、水密电子舱73、两个水密电子舱固定槽孔75和76、按键信号处理舱81；
腰带72内部具有数据传输线路，将按键信号处理舱81和水密电子舱73内部的通信电路连接在一起，实现数据传输；
如图7所示，包括五个水下操控按键82、83、84、85、86，腰带松紧旋钮77，腰带松紧旋钮77可根据用户不同的体型调整收缩程度；
如图8所示，为人体佩戴信标的后视图，水下发射换能器74采用半球形结构，来增加水声信号的辐射角度。
光纤线缆23、光纤线缆接口25、光纤线缆接口26连接在一起后，可将视频信号传输到水密电子舱73内部的光-电信号转换模块，经过图像压缩处理后显示在水下液晶屏71上。用户可通过水下操控按键82、83、84、85、86选择拍摄角度、拍摄距离，用户的操作信息和航行器的状态信息可显示在水下液晶屏71上。
本实用新型实施例中，光纤线缆23可选择性连接，如果没用光纤线缆23则控制指令通过水下发射换能器74编码后传输，水下液晶屏71将不能显示航行器拍摄到的图像信息。水下航行器的矢量水听器51、52，只识别由预先配对好的人体佩戴信标发出的水声信号，水下发射换能器74每隔0.5s会发送一次带编码的声信号。
矢量水听器51、52由一个声压和X-Y两个相互垂直的晶体振元组成，X-Y两个相互垂直的晶体振元用于解算人体佩戴信标相对于航行器的角度，声压用于解算信标声源的传播方向和距离声源的距离；
两个矢量水听器51、52分别位于航行器上下两侧的头部和尾部，由此实现航行器在人体的上方或下方时，都可以解算出人体佩戴信标的相对位置。
人体佩戴信标上的五个水下按键82、83、84、85、86，用于调整航行器的拍摄角度、拍摄距离，水下航行器根据矢量水听器51、52的解算角度和传播方向，记录此刻的数据，再利用PID、模糊控制等控制算法，实现对运动目标的跟踪。在跟踪过程中利用信标与航行器之间的角度信息，实现对跟踪目标前、后、左、右等多个角度同步运动、相对静止的拍摄效果。最终将图像文件记录到SD卡上。
在运动过程中利用避碰声呐53躲避障碍物。
在周围20m水域内，没有其他潜水人员的条件下，利用摄像头采集到的图像数据动态识别目标，对目标进行精确的跟踪拍摄。利用摄像头识别移动目标进行跟踪，采用图像减法提取移动目标，并用模板匹配法辨别目标的真伪。利用目标中心点与图像中心点位置的偏差和目标图像的像素面积确定角度和距离，再利用角度和距离实现跟踪。
本实用新型实施例提供了一种水下航行器的自主跟踪拍摄系统，包括人体佩戴信标，声呐、矢量水听器和水下航行器；人体佩戴信标由水下发射换能器、光纤通信接口、水密电子舱、腰带、水下液晶屏、水下按键和按键信号处理舱组成；水下航行器包括载人拱形扶手、水下操控按键、光纤线缆接口、推进器、摄像头、水下液晶屏、浮力块、尾部电机舱、电机驱动器舱体、信号处理舱体和电池舱。工作时，水下潜水人员佩戴人体佩戴信标，矢量水听器解算人体佩戴信标相对于水下航行器的角度、方向和声源的距离后，发送给水下航行器，水下航行器利用角度、方向和声源的距离对潜水人员进行跟踪，在跟踪的过程中利用摄像头拍摄场景，潜水人员可在水中调整拍摄角度和跟踪距离。
本实用新型具有以下优点：(1)与现有技术的水下拍摄航行器相比，能够主动跟踪拍摄目标，记录整个拍摄过程，并且在跟踪的同时从不同的角度进行拍摄；(2)与现有技术的水下拍摄航行器相比，不但可在水面操作，对水下进行拍摄，还可直接水下进行人机交互，自主选择拍摄场景和航行器的工作方式；(3)与现有技术的水下载人推进器相比，不但可进行水下拍摄，将拍摄画面实时显示，便于用户选择拍摄场景，还具有差速原理的转向助力，便于用户在水下游行时的转向；(4)与现有技术的水下载人推进器相比，有多个水下操控按钮和向下的推进器，能够自由控制水下航行深度，因此不会游泳的人可进行水下游行，具有搜救功能；(5)与现有技术的水下游乐设备相比，它是载人与拍摄合为一体，便于远距离游行和大范围的水下拍摄；(6)与现有技术的水下跟踪拍摄技术相比，跟踪距离基本不受水下能见度影响，跟踪距离较大，可实现50米以上的跟踪距离，只识别配对好的水声信号，可稳定跟踪特定目标。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
当然，本实用新型还可以有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。