一种遥控水下机器人视频监控系统

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, , ,
,
具 有 能在水下环 境中进行 多种作业 的功 能
由于 它
、
RO V
的视频 监控
采 用 水面供 电 因 此它 比其它 类型 的水下 机器 人 功 率大 作业 能力强 双 绞线和 光纤传 输 e V
i c h l
、 、
本文介 绍一 种 基于 光纤传输 的
。
;
,
视频传 输和通 信可 采 用 同 轴
,
,
控制 计算机 采 集模 块 硬 盘录 像机及 水下 智能控制 节 点通过 以太 网连 1 2 网【 完 成 水面 水下 控制 的 目的 水 面 的人机 界
。
。
、
后 水 面 控制 计 算 机将控制命 令 经 光 多路 复 用 器 和
面也做为视 频 监控 系统 的一 部 分
视
3
。
,
供操作 人 员监
光纤通 过 以太 网 送 到水下 的智能控制节点 去控制 摄 像机 控制 电 路和 水下 灯 调 节 电路 来 达 到控制摄
,
字
,
每个 摄像机
符 叠 加 器 再 将来 至控制 计 算机 的一 些 信息如潜 水
器 的深 度 离底 高度
、
、
配 有两 台照 明灯
Z 0 M 和 F OCUS
潜 水器 部分 的视 频控 制主要 是 摄像机 和 水 下 灯 的控制 其中摄像 机 包括 电源 和
RO V
,
航行 及 当前 的时 间叠加 在所
第
卷 第 年
期增刊
月
仪
器
仪
表
学
报
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一 种 遥控 水 下 机 器 人视频 监 控 系统
郭威
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,
崔胜 国
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赵洋
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王 晓辉
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,
,
机器 人学 国家重 点实验 室 中科院沈阳 自 动化研 究所 沈阳 中国科学 院研 究生 院 北京
1 0 00 3 9 )
1 10 0 1 6;
摘 要
,
本文介绍 一种应用在遥控水下机器 人上 的视频传输与监控技术
,
。
采用光 多路 复用 器 实现 水 面 与水 下 的 数 据及视频 传
、
输 通 过 工业 以太网 实现整个 系统 的摄像机及灯 光控 制
用 在新 开 发的遥 控 水下 机器 人 中 效果 良好 关 键词 遥 控水 下 机器 人 光 多路复 用器
,
。
并对传输 到水面 视 频 信号 进行 显 示 叠加 及 存储 该 技术成 功的应
路
水 下摄 像机
1
。
水下 照 明灯 等 其 组 成示 意图见
:
输 出视频 信号 到各个 监视 器
过 桥接再 输入 到视频 切 换 器 开关 选择所需要 的视 频信号
,
同时各 路视 频信 号通 通 过视频 切换 器 上 的
送入 字符 叠加器
,
图
.
;
,
2 1
水下 部 分 的工 作 原理 在 RO V 的潜 水器 部分 装有摄 像机
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而
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Pt i c if b r e m u l ti P l e x
,
,
,
光 多路 复用器
监视器
;
、
、
硬 盘录 像 机 字 符叠加 器
:
,
、
RO V
这
视频切 换器 等构 成 水 下 部 分包 括 光 多路 复用 器 水 下 智 能 控 制节 点
水 下 摄 像机 控 制 电路
、
样 的案例 好 多
是世 界上 目前 使用 最 为广 泛
调光 电
第
期 增刊
、
郭
、 ,
威 等 一 种遥控水下 机器 人视频监控 系统
、
。
为 了方
R S Z犯
便程序的修改 调试 以及移植 程序采 用模块化设
: 计 模块 主要包括 以太 网 通信子 程序 串 口
路 电压
见图
2
从而达到调节 灯光的 目的
。
。
具体调 节电路
,
所示
水下 智能节点的
,
DO
输 出控制 信号
通信子程 序 水 下灯调节子程序
, 、
。
、
、
摄 像机调节 子程
使继 电器 吸合 主 电路得 电 然后 来调 节可 控 硅输 出的 电压
3 5
.
摄像机控 制 电 路
摄 像 机 控制 电路 主 要是 负责摄像 机 的 电源 和
、
在 图 中 初始化模块 完成 数 据管 理 器 以及 以太
; 串 口 通 信模 块等 的初始 化 设置 以太 网 通信模 块完 成面板智能节 点 水下 智能 节 点数据 的输入 输 出以及罗盘 高度 计 深 度 计等传 感器 的
。
工业 以太 网
视频监控 系统
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,
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输 出控制信号
TCA7 8 5
。
序 字符 叠加器 子程序 等 程序的模块 结构关系如
下图 4 所 示
:
通过 隔 离运算放大 器控 制可 控硅控 制芯片
来 调节水 下 灯的亮度
。
每路 的灯光 调节 电路均相 同
以太 网通信模 块
数据 管理 器
水下 灯 调节
摄 像机 机 调节 节
图 4 监 控系统 软件 模块 结构 框图 图 2 水 下 灯调节 电路图
,
像机和水 下 灯 的 目的 摄 像机 的视 频信 号通 过摄像 机 电缆 输入 到 光 多路复用 器 视 频卡 再通 过光 纤送
,
。
系 统主要 硬件设 备及 控 制 电路
.
到水 面
。
3
主 盆 视 甚 盆视 名1
1
光 多路 复用器
光 多 路 复 用 器 是用 光 纤 传 输 视 频 和 数 据 的设
水 上 部 分 主 要 完 成 水 下 摄 像机 通 过 光 纤传 到 水下 智能控 制节 点
;
、
水 下 灯 的控 制
命 令 的 采 集 及 通 过 控 制 计 算 机 完 成 信 号 的 调节 并 水 下 的 视频 信号
,
智 能节 点 及 模 块 智 能 节 点选用 撇 GO 公 司 的 E t h e r n e t T CP / I P 一 可 编程 现场 总线 控 制器 7 5 0 8 4 2 它 可 以连接 该 公 司 的各 种数字 量 输 入 输 出模 块 模 拟 量 输入 输 出模 块 可 根 据 实 际的 需 要 进 行选 择 智能 节 点 的 : 主 要 技 术指 标 如 下 : 令 接 口 RJ 4 5 : 令 波特 率 z 0Mb i t s / s 令 每个 节 点输 入 / 输 出 模块 最 多为 6 4 个
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、
,
属于 无 人潜 水器 川
,
V h i e l e 简称 e 是水 下 机器 人 的一 种
ed
,
。
,
来 越高 传 统 的采用 同 轴传 输视 频和 数据 不 能很好 的 同时满 足 视频源 多 传输 距离 长及 可 扩展 的现 实
需求 随着 电子 技 术 的飞 速发 展 系统也 正 更 新换代
RO V
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卡和
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M O D EM
口
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,
卡 其中 卡 中带有一 个 其 它 的可 根据 实 际 需要增加数据 卡和
M O D EM
一
,
电滋卡
MO DE M卡
抹卡
) 〔
〔)
视 频卡
A R
数据卡的类型有
、
RS
3 2 2
、
R S一 8 5
、
洲E T
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,
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有 P A
选 的视频 上
控 制 水 下灯主要 是 调光 控制 它们
,
。
并 由字符 叠加 器输 出视频 信 号 由硬盘 录像机进 行记 录 硬盘 录像机 再实时输出视频 信 号
,
,
的控制 主 要 分 别 由 摄 像 机 控 制 电路 和 水 下 灯 调 节
到主 监视 器供 操作 人员监 视
、 , 、
电路完 成 水 上 的控制信 号 由水上 的 带 以太 网接 口 的采集 节 点通 过 以太 网输 入 到水 面控制 计算机 然
3 3
.
1/ O
,
、
,
、
,
,
通 过光 纤 传 到 水 面 光 多路 复 用 器 的 视频 卡
视 频卡
第
.
29
卷
仪
器
仪
表
学
报
l C+
,
3 4
水 下 灯 调节 电路
水 下 灯 调 节 电路 主 要 是利 用 可 控 硅 调 节 主 回
,
动 的可 视化 开 发 工 具 劝 s a u
、 ,
+
开 发而 成
.
和 N T S C 制式
; 等类 型 视 频卡 的类 型 每个 卡上 有 4 个视 频通 道
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。
3 2
字 符 叠加器 主 要技 术指 标
令
:
电聋 卡
M O DE M+
缺卡
) `
标准
RS 一 2 3 2
串行通 讯 端 口 与 主控 计算 机
1 o v
,
罕 甲 宁
点 水 下指 能 控 制 节
令
通讯 : 视 频输 入 一 路
视 频监 控系 统主 要 由水 面和 水 下 两 部分构
:
年
月 俄罗 斯 小型 潜艇 由 于 被鱼 网 缠住 而 无
,
成
,
水 面 部 分主 要 包 括
、
控 制计 算机
、
、
采集 单元
、
法 浮 出水 面 最 后采用
潜 艇上 的艇 员生 命受 到极大 的威 胁
来 切 断鱼 网使 得艇上 成 员 获救
ROV
因此
,
视 频监 控 系统
其 观 察能 力 和 通 信 能力
u
比 自治 水 下 机 器 人
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,
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。
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2
系统 的构成
RO V
简称
8
,
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强 大 遥控 水下 机 器 人 在援 潜
,
救生
20 5
海 上 石 油 钻 井 平 台等方 面 发挥 巨 大的 作用
B NC 接 口
:
(V
p- p )
75
欧 欧
48 5
令
路 水下灯调节 电
级 像 机控们 电路
令
扭 像
机
1
7 视 频输 出 三路 1 o v ( v p p ) 5 BN C 接 口 : 通 讯接 口 S R 一3 2 口 ( 可 扩 展为 RS
.
口 )
摄
位 机 2 摄
极 像
机
4
位 机
3
水 上 部 分 的工 作原 理
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引 言
遥控 潜水器 ( R e m o
Ro v )
t e ly o p e a t r
,
的水下 机 器人
ROV
口
的广 泛 使 用 对它 的各 方 面性 能要求 也越
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机 界面 人
盖 视若2
盆 视 导3
监视 名4
操 作 面 板
采 集 模 块
帆 文 换
备
,
它 由水 上 和 水下 两 部分 构 成
,
、
块化 设 计
视
每 部分均 采用 模 主 要 由四种类 型 的 卡 构成 电源 卡
,
、
,
控
祖 粉算
数 切 侠
弄
M O D E M 卡 数 据卡 和 视 频 卡
,
每部 分必 须 有 电源
,
网 通信模块
、
、
Z OO M
FOCU S
的控制 具 体见 图 3
,
,
,
。
通过 水下 智
,
、
、
能 节点 的