一种基于运动感知的非接触式水下偏振相机的制作方法

本实用新型涉及一种偏振相机，特别是一种可用于水下工作的非接触式运动感知偏振相机，可应用于水下导航、目标探测等领域。

背景技术：

随着科学技术的发展，人类对光的偏振现象有了越来越深的认识，生物学家通过分析昆虫的生理行为学，发现了沙蚁、蜜蜂、蟋蟀等昆虫可利用天空的偏振光辨别自身体轴与太阳子午线的夹角，进而完成觅食、归巢、迁徙等行为。遥感学家通过对物体表面的偏振特性进行研究，发现不同的物质表面的偏振特性各有差异，物体及天空的偏振信息蕴含着丰富的信息，不仅可用来进行目标识别也可用来导航。而如何利用偏振特性实现水下目标的探测识别与导航是一个重要难题。

水下偏振相机就是用来测量水下偏振特性的设备，不仅可测量水下大气偏振模式用于水下舰船的导航，也可测量水下物体的偏振态用于目标识别。

目前，解决相机水下拍摄问题主要有三种方案：专用相机防水外壳、防水相机、通用防水罩。专用相机防水外壳是针对特定型号相机量身设计制作的，防水效果较好、操作方便，但是价格较贵且不具有通用性。防水相机的售价虽然较专用相机防水外壳的售价便宜，但是对水下使用深度和使用时长有严格的限制。通用防水罩虽然价格低廉，但是由于不是针对相机量身订做的，因此会有相机容易滑动、隔着防水罩操作困难、容易误触发误操作、镜头碰到防水罩自动关机等情况发生。并且现有的偏振成像系统是基于机械旋转的偏振片式类型，只能对线偏振光进行探测，并且需要通过机械旋转装置来实现其偏振器件对入射光偏振态的调制，要求相机和旋转器件具有同步性，这种系统对入射光偏振态的调制精度不够高、帧频速度较低，系统的可靠性不高，并且体积较大。

综上所述，传统的水下相机无法完成水下偏振信息的检测，而市场上目前水下还未有集成偏振检测的专用水下相机，因此设计具有偏振检测功能的水下偏振相机具有重要研究价值。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题：克服专用相机防水外壳、防水相机、通用防水罩不能兼顾防水性能、操作性、可靠性，无法完成偏振检测功能等多方面因素的缺点，克服现有偏振探测设备体积大、探测速度慢、检偏精度不高等不足，本实用新型提供了一种基于运动感知的非接触式水下偏振相机。

本实用新型的技术解决方案是：一种基于运动感知的非接触式水下偏振相机，该偏振相机可通过非接触式运动感知方式实现对水下偏振的探测，该偏振相机由单反相机、控制电路、密封壳、单反相机外接数据端口、控制电路外接数据端口和LCVR(液晶相位可变延迟器，liquid crystal variable retarder)检偏光路组成；单反相机在相机原有功能基础上，将相机的电源开关、对焦开关、快门按钮和电池正负极通过外部引线的方法从其内部通过单反相机外接数据端口引出；控制电路以智能器件(如数字信号处理器、可编程逻辑控制器等智能器件)为主控制器，双轴加速度传感器为敏感元件实现对相机电源开关、对焦开关和快门按钮的控制，控制电路与其上的控制电路外接数据端口通过焊接方式相连，实现与单反相机的数据通信；单反相机、控制电路、单反相机外接数据端口和控制电路外接数据端口置于密封壳盖和密封壳所形成的空间内，密封壳盖和密封壳用于对单反相机、控制电路、单反相机外接数据端口和控制电路外接数据端口进行密封处理，实现防水功能；单反相机外接数据端口和控制电路外接数据端口通过接插件相互连接，用于完成单反相机和控制电路之间的数据通信；LCVR检偏光路通过单片机对其进行电压控制，实现对检偏方向的快速调制。

所述控制电路中的双轴加速度传感器通过敏感X轴和Y轴上加速度值的变化，控制电源开关和对焦开关按钮，实现了对偏振相机的电源开关、对焦开关按钮的非接触式控制。

所述控制电路，当其检测到双轴加速度传感器Y轴加速度值ay大于设定阈值时，发送电源开关控制命令，偏振相机开机或者关机；所述的控制电路检测到双轴加速度传感器X轴加速度值ax大于设定阈值时，发送对焦开关控制命令，偏振相机进入对焦开关状态。

所述的控制电路具有启动延时功能，当偏振相机进入对焦开关状态后，控制电路启动延时功能，延时时间达到设定值时，发送快门控制命令，偏振相机快门打开，完成拍摄流程。

本实用新型的有益效果是：

(1)采用基于双轴加速度传感器的控制电路控制相机的电源开关、对焦开关和快门按钮，实现了偏振相机的非接触式控制，相机设计巧妙、操作简单、易于控制。

(2)偏振相机的本体结构与防水壳一体化集成，可在水下进行目标探测、成像、识别以及航行设备导航等工作，为水下勘探提供了一种新型的信息采集装置。

(3)全偏振测量组件由LCVR检偏光路组成，采用LCVR检偏光路是因为通过电压控制就能实现其对光的偏振态的调制、无需机械旋转装置、调谐精度高速度快、工作波段宽、透过率高、功耗低，通过单焦面成像即可实现对物体高精度的偏振光谱成像探测。

附图说明

图1为本实用新型的非接触式水下偏振相机结构分解示意图；

图2为本实用新型的单反相机示意图；

图3为本实用新型的控制电路原理框图；

图4为本实用新型的非接触式水下偏振相机开、关机流程图；

图5为本实用新型的非接触式水下偏振相机拍摄流程图。

具体实施方式

本实用新型的具体实施结构如图1所示，它由单反相机1、控制电路2、密封壳盖3、密封壳4、单反相机外接数据端口5、控制电路外接数据端口6和LCVR检偏光路7组成；单反相机1是在相机原有功能基础上，将相机的电源开关、对焦开关、快门按钮和电池正、负极对应的信号线通过引线的方法从其内部通过单反相机外接数据端口5引出；控制电路2以智能器件为主控制器、双轴加速度传感器为敏感元件实现对相机电源开关、对焦开关和快门按钮的控制，控制电路2与其上的控制电路外接数据端口6通过焊接方式相连，实现与单反相机1的数据通信；单反相机1、控制电路2、单反相机外接数据端口5和控制电路外接数据端口6置于密封壳盖3和密封壳4所形成的空间内，密封壳盖3和密封壳4用于对单反相机1、控制电路2、单反相机外接数据端口5和控制电路外接数据端口6进行密封处理，实现防水功能；单反相机外接数据端口5和控制电路外接数据端口6通过接插件相互连接，用于完成单反相机1和控制电路2之间的数据通信，LCVR检偏光路7通过单片机对其进行电压控制，实现对检偏方向的快速调制，实现对水下偏振的探测。

如图2所示，为本实用新型单反相机示意图，相机由电源开关按钮10、对焦开关按钮、快门控制按钮11、12(按钮处于半按状态时相机实现对焦开关功能，按钮处于全按状态时相机实现快门打开功能)、电池13、显示屏14、镜头接口15、控制单元16和外接数据端口5组成；电源开关按钮10、对焦开关按钮11、快门控制按钮12、和电池13正、负极对应的五根信号线分别焊接相应的外接端口信号线与原有信号线相连，焊接完成之后，将相机外壳靠近电源开关的位置开一小孔，并将五根信号线从相机外壳所开小孔的位置穿出，最后将穿出的信号线焊接至接插件构成外接数据端口5。

如图3所示，为本实用新型控制电路原理框图，其工作原理为：控制电路包括主控制器(单片机、数字信号处理器、可编程逻辑控制器等智能器件)、I/O、A/D转换器、DEBUG电路、双轴加速度传感器和电压调节器等几部分，控制电路与外部设备的通讯主要包括I/O、A/D转换器、DBUG电路和电压调节器四部分；I/O接口与单反相机的电源开关、对焦开关和快门按钮、数据线相连接，用于给单反相机发送实时控制命令；A/D转换器与双轴加速度传感器连接，用于对传感器检测到的物理信号进行实时的模数转换；DEBUG电路端口与仿真器连接，用于程序的下载与在线调试；电压调节器主要完成控制电路所需要电压的转换工作，即将外部设备提供的电源电压转换为控制电路内部所需的工作电压。

如图4所示，为本实用新型偏振相机开关机流程图，其工作流程为：控制电路上电后，系统处于待电状态，此时，若控制电路检测到双轴加速度传感器Y轴的加速度值ay>2g，则偏振相机电源打开处于待机状态；否则系统只是处于待电状态。在偏振相机电源打开处于待机状态时，若控制电路又一次检测到双轴加速度传感器Y轴的加速度值ay>2g，控制电路将会给偏振相机发送关机指令，相机电源关闭；否则，相机保持当前工作。

如图5所示，为本实用新型偏振相机拍摄流程图，其工作流程为：在偏振相机处于待机状态时，若控制电路检测到传感器X轴的加速度值ax>2g，控制电路将会给偏振相机发送对焦开关指令，相机开始对焦，在相机开始对焦时，单片机通过电压控制LCVR进行偏振相机检偏方向调制，接下来控制电路内部同时启动延时功能，当延时时间达到设定值200ms后，控制电路给偏振相机发送拍摄指令，相机的快门打开，偏振相机完成拍摄流程。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。