[发明专利]头盔式水下成像装置

说明书

本发明提供了一种头盔式水下成像装置，包括复合照明组件、摄像组件、显示组件、控制处理组件，控制处理组件通过防水电缆为复合照明组件、摄像组件和显示组件供电；复合照明组件用于潜水员水下照明；摄像组件用于潜水员潜水时同步摄像并输出视频信号至控制处理组件；控制处理组件用于处理来自摄像显示组件视频信号，并将处理后的视频信号反馈至显示组件；显示组件接收来自控制处理组件的视频信号并将其通过显示屏展示于人眼观察。本发明适应性强，使用灵活，能有效抑制散射噪声，小型轻便，以帮助潜水员实现目标观察、导航避障的目的。

技术领域

本发明属于水下成像探测技术领域，具体涉及一种供潜水员在水下作业时使用的头盔式水下成像装置。

背景技术

潜水员，又称蛙人，指在水下工作的专业人员，在海洋资源开发、海洋科研与考古、水下工程作业、水下救援、水下侦察与特种作战等领域发挥着重要作用。

当潜水员在深度超过10米的水下活动时，由于水体对光的快速衰减而导致阳光难以到达这样的深度，因此能见度较低、观察条件较差。特别是在夜晚，潜水员即使在浅水中活动也将处于完全漆黑的环境中，由于很难甚至完全无法发现前方目标，因而承受着巨大的心理压力。因此，潜水员在水下作业时面临着如何在阳光无法到达的水下及时发现、识别目标与障碍，即实现对周围环境的有效感知的问题。

要想让潜水员在陌生、漆黑的水体中感知前方目标，可采用声成像和光成像两种方式。声学成像技术尽管作用距离远，但是分辨率低，而且输出图像表现不自然。相反，光成像技术虽然作用距离不及声成像技术，但可以有效弥补声波受温度、盐度等海洋环境影响较大、分辨率低、定位精度不高等缺点，而且输出图像符合人类的视觉心理感受。

对水下光成像探测技术而言，必须采取主动照明的成像方式才能在漆黑的水下环境中获得目标信息。而水体对光的吸收和散射是限制水下光电成像作用距离的主要原因。吸收的衰减作用可通过增加光源功率克服；但受水体散射的影响，单纯大功率照明不仅不会提高成像距离，反而将导致图像局部饱和，降低了成像质量。为了克服后向散射的影响，目前已开发了距离选通、同步扫描等多种激光水下成像系统。不过，受光电器件发展水平的限制，这些系统一方面存在近距盲区，一方面体积较大、功耗较高，难以被潜水员携行使用。因此，传统的基于连续光照明的水下光电成像系统(泛光照明成像系统)仍是系统小型化的最佳选择，特别是LED的发展克服了卤素灯能量、光谱利用率不高的问题，为水下光电成像提供了可靠的光源。但目前这类系统对于潜水员使用而言还存在着以下一些问题：

1、如专利CN101888533A(水下摄像取证器)、CN102104718A(水下摄像机及水下视频监控设备)、CN201130292Y(一种带视窗盒的水下摄像机)所述，光源和探测器集成在一起，LED灯珠围绕着CCD布置。根据水下成像理论，这样做将压缩光源和探测器的空间分离度，带来较大的后向散射噪声。

2、对于单独的水下光源而言，如专利CN102004373A(环形激光照明的水下成像装置)、CN202403094U(小型水下LED照明装置)、CN201232992Y(水下照明灯)所述，只采用激光或只采用LED作为发光元件，且光束发散角无法改变，照明模式比较单一，难以兼顾近场与远场照明的需要。

3、如专利CN203104669U(手握式水下成像仪)、CN2513902Y(头戴显示屏式水下观察装置)所述，只将成像部件放入水中，而显示和控制部件仍在水面以上；或如专利CN201535673U(水下观察仪)、CN1741573A(水下摄像系统)、CN102377918A(一种水下摄像机)所述，只是一种固定式水下监控装置，不适合潜水员深水携行。

4、如专利CN201130292Y(一种带视窗盒的水下摄像机)所述，显示屏和潜水员眼睛之间隔着较厚的水体，影响了观察效果。

5、上述专利中，探测器所输出的视频信号或直接显示、或直接存储，都没有通过软件技术进一步提高图像质量。

发明内容