一种可用于水上和水下摄影的高速成像系统

1.本发明涉及高速摄像技术领域，尤其是涉及一种可用于水上和水下摄影的高速成像系统。


背景技术：

2.高速相机是构建高速视频测量传感器网络的重要组成部分，它属于工业相机的一种，具有高稳定性、高帧频、高传输能力和高抗干扰能力等独特优点。根据传感器芯片的不同，目前大多数高速成像系统是基于cmos(complementary metal oxide semiconductor)或者ccd(charge coupled device)芯片的相机。这两种传感器芯片各有千秋，ccd技术相对成熟，它采用pn结或者二氧化硅隔离层隔离噪声，所以在成像质量上会有一定的优势，但也间接造成了大面阵、高帧频ccd探测器价格昂贵；而cmos却具有低功耗、高集成度、高帧频、低成本等优点。目前，在高速信息化时代，高速成像系统硬件的研发是重中之重。
3.现有技术中大部分水下高速相机的密封均采用环氧胶水进行处理，在密封腔体内形成灌封胶层，这种密封方式只能满足ip68的防水要求，抗压防水能力差，并且不能够有效进行防腐蚀。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通用性好、密封性好、性能好的可用于水上和水下摄影的高速成像系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种可用于水上和水下摄影的高速成像系统，所述的高速成像系统包括高速相机设备、地面供电设备、影像采集存储设备和相机控制设备；所述的高速相机设备包括外壳、光学物镜组件、成像组件、电路组件、前端盖、后端盖和光学耐压窗口；所述的光学物镜组件、成像组件和电路组件分别固定在外壳内；所述的光学物镜组件、成像组件和电路组件依次进行电连接；所述的前端盖和后端盖分别安装在外壳的前端和后端；所述的光学耐压窗口安装在前端盖上；所述的电路组件通过电缆分别与地面供电设备、影像采集存储设备和相机控制设备相连；所述的后端盖设有用于电缆穿过的密封口。
7.优选地，所述的外壳、前端盖和后端盖均由不锈钢材料制成。
8.更加优选地，所述的外壳、前端盖和后端盖的外表面分别设有抗腐蚀涂层。
9.优选地，所述的前端盖和后端盖分别通过螺钉与外壳相连。
10.更加优选地，所述的螺钉在均匀涂抹硅橡胶后进行湿安装。
11.优选地，所述的外壳在安装光学物镜组件、成像组件和电路组件后进行高温干燥处理，然后再安装前端盖和后端盖。
12.优选地，所述的电路组件包括：
13.焦面板，安装有用于将光信号转换为电信号可见光cmos探测器；
14.信号处理板，包括fpga板及其外围电路、ddr存储单元和信号处理板供配电单元；
15.接口板，包括电源接口、数据传输接口、控制接口和接口板供配电接口；
16.所述的ddr存储单元、信号处理板供配电单元和可见光cmos探测器分别与fpga板相连；所述的电源接口、数据传输接口和控制接口通过电缆与地面供电设备、影像采集存储设备和相机控制设备相连；所述的接口板供配电接口分别与信号处理板供配电接口和可见光cmos探测器进行电连接。
17.优选地，所述的成像组件设有金属基板；所述的成像组件通过金属基板与外壳固定连接。
18.优选地，所述的光学耐压窗口与前端盖的连接处以及后端盖与外壳的连接处均采用静压密封。
19.优选地，所述的外壳的外表面设有用于安装固定支架的安装凸耳。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.一、通用性好：本发明中的高速成像系统可以满足水上水下一体化高速视频测量需求，成像系统的通用性好。
22.二、密封性好：本发明中的高速相机在紧固件上均涂抹有硅橡胶，并通过湿连接的方式保证密封效果；同时，在安装端盖之前整机进行高温干燥处理以排除内部湿气和确保产品内部环境的干燥；此外，在主要密封部分，即光学耐压窗口与前端盖的连接处以及后端盖与外壳的连接处均采用静压密封，有效保证了相机的密封性能。
23.三、性能好：本发明中的高速成像系统分辨率可达2336
×
1728，帧率大于等于500fps，采用光纤进行传输，传输带宽可达200gbps。
附图说明
24.图1为本发明中高速相机设备的结构示意图；
25.图2为本发明中高速相机设备电路组件的结构示意图。
26.图中标号所示：
27.1、外壳，2、光学物镜组件，3、成像组件，4、电路组件，5、前端盖，6、后端盖，7、光学耐压窗口，401、焦面板，402、信号处理板，403、接口板。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
29.一种可用于水上和水下摄影的高速成像系统，包括高速相机设备、地面供电设备、影像采集存储设备和相机控制设备。高速相机设备的结构如图1所示，包括外壳1、光学物镜组件2、成像组件3、电路组件4、前端盖5、后端盖6和光学耐压窗口7。
30.光学物镜组件2、成像组件3和电路组件4分别固定在外壳1内，成像组件3设有金属基板，成像组件3通过金属基板与外壳1固定连接。光学物镜组件2、成像组件3和电路组件4依次进行电连接。前端盖5和后端盖6分别安装在外壳1的前端和后端。光学耐压窗口7安装在前端盖5上。电路组件4通过电缆分别与地面供电设备、影像采集存储设备和相机控制设
备相连。后端盖6设有用于电缆穿过的密封口，密封口可以采用密封胶、密封条或者密封管来实现对电缆接口处的密封。
31.考虑到高耐压、高抗腐、强密封等因素，外壳1、前端盖5和后端盖6均需要高强度、耐压、耐腐蚀材质，因此本实施例中的外壳1、前端盖5和后端盖6均由不锈钢材料制成，同时在外壳1的外表面设有抗腐蚀涂层。
32.前端盖5和后端盖6分别通过螺钉与外壳1相连，螺钉在均匀涂抹硅橡胶后进行湿安装，且对紧固孔周围进行有效的密封以防止紧固件附近的过快腐蚀。外壳1在安装光学物镜组件2、成像组件3和电路组件4后进行高温干燥处理，以排除内部湿气和确保产品内部环境的干燥，然后再安装前端盖5和后端盖6。此外，光学耐压窗口7与前端盖5的连接处以及后端盖6与外壳1的连接处均采用静压密封。
33.本实施例中电路组件4的结构如图2所示，包括：
34.焦面板401，安装有用于将光信号转换为电信号可见光cmos探测器，其功能是将光信号转换为电信号；
35.信号处理板402，包括fpga板及其外围电路、ddr存储单元和信号处理板供配电单元；其功能是为cmos探测器提供参数配置、时钟等；此外，信号处理板同时需接收来自探测器发送的多路差分信号，将差分信号转换为单端信号并进行图像组帧，进而将组帧后的图像发送到接口板数传接口；
36.接口板403，包括电源接口、数据传输接口、控制接口和接口板供配电接口，用于完成电源输入、数据导出、同步信号控制、相机参数调整等操作。
37.ddr存储单元、信号处理板供配电单元和可见光cmos探测器分别与fpga板相连。电源接口、数据传输接口和控制接口通过电缆与地面供电设备、影像采集存储设备和相机控制设备相连。接口板供配电接口分别与信号处理板供配电接口和可见光cmos探测器进行电连接。
38.高速相机接口包括水下工作时与固定支架的机械安装接口以及用于供电、影像传输和控制的电接口。相机的机械接口可以根据固定支架的安装要求进行设计，即在产品的外壳1上设置安装凸耳，利用螺钉进行紧固安装。相机的电接口通过电缆直接从相机内部引出，与地面供电设备、影像采集存储设备和相机控制设备连接。
39.本实施例中的高速成像系统的主要技术指标如表1所示，国内外主要高速相机挂件指标对比表如图2所示。申请人已经完成了500fps、400万像素分辨率的分体式硅基面阵相机的工程样机，接口采用了目前世界上最先进的cameralink hs传输方式。高速图像采集，存储、处理系统完成了从650mb/s的处理速度，到2000mb/s，到现在的5000mb/s的处理速度逐步升级，开发团队能针对不同性能要求系统提供合理的软硬件整体方案，该系统可应用于工业、科研等诸多领域，并且与国内外同类产品相比，本实施例中的高速成像系统综合性能最高，且适用于水上和水下两类工作环境，通用性好。
40.表1本实施例中高速成像系统的主要技术指标
[0041][0042]
表2国内外主要高速相机关键指标对比表
[0043][0044]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。