專利名稱：一種遙控水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及遙控水下機器人通信技術領域，具體說是一種遙控水下機器 人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
遙控水下機器人是一種工作在海中的設備，在它的上面安裝有多臺水下 攝像機，而每臺水下攝像機要觀察海里目標不同，因此要對每臺攝像機進行
變焦(ZOOM)和聚焦(FOCUS)控制，才能達到比較理想的視頻效果；同時， 要把這些水下攝像機的視頻圖像傳遞到水面，進行視頻處理和顯示。傳統(tǒng)遙 控水下機器人釆用同軸或雙絞線進行視頻傳輸，這種傳輸方法不但傳輸?shù)木?離短，而且每臺攝像機要占用一根同軸或雙絞線，在攝像機數(shù)量少的情況下 勉強接受，而對于多臺水下攝像機時就成為瓶頸或根本不可行，因為過多的 同軸或雙絞線會使水面到水下的電纜變得非常粗，阻力很大，這是不容許的； 對傳輸?shù)剿嬉曨l圖像的存儲、編輯及視頻疊加等方面也需要進行更新和換 代；另外，以往的水下攝像機多釆用不可調(diào)焦的攝像機，要實現(xiàn)變焦和聚焦
控制比較困難，所有這些都無法適應和滿足海洋事業(yè)對遙控水下機器人的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種釆用光纖通信技術來實現(xiàn) 視頻和數(shù)據(jù)的傳輸，并實現(xiàn)對水下機器人上每臺攝像機進行控制及對傳輸?shù)?水面的視頻圖像進行處理和顯示的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是 一種遙控水下機器人視頻傳 輸及監(jiān)控系統(tǒng)，控制計算機通過交換機釆集水面I/O模塊的信息，水面I/O 模塊與操作面板相連；控制計算機將控制信號通過交換機傳輸?shù)剿婀舛嗦?br> 復用器，水面光多路復用器通過光纖與水下光多路復用器進行信號傳輸，水
下光多路復用器與水下1/0模塊相連，水下1/0模塊輸出控制信號到攝像機
控制模塊組實現(xiàn)對攝像機的控制；水下光多路復用器與攝像機相連釆集視頻
信息，水下光多路復用器將視頻信息傳輸?shù)剿婀舛嗦窂陀闷?，水面光多?復用器與監(jiān)視器連接進行視頻信息顯示，同時水面光多路復用器通過視頻切 換器與字符疊加器連接，字符疊加器通過串口與控制計算機相連，控制計算 機將水下機器人上的信息通過字符疊加器疊加在所選視頻上，字符疊加器輸 出視頻信號給硬盤錄像機進行視頻存儲，同時硬盤錄像機輸出視頻信號到主 監(jiān)視器上進行視頻顯示。
光多路復用器釆用模塊化設計，其內(nèi)設有電源模塊、MODEM模塊和視頻模
3塊，光多路復用器設有以太網(wǎng)接口， MODEM模塊對光信號進行調(diào)制解調(diào)；視頻 模塊可根據(jù)水下攝像機的數(shù)量增加或減少，而攝像機控制模塊組和水面監(jiān)視 器也相應地進行增加或減少。
攝像機控制模塊的控制信號源于水下I/O模塊輸出的控制信號，攝像機 控制模塊組設有多個相同控制模塊，控制模塊與水下攝像機一一對應，控制 模塊實現(xiàn)水下攝像機的電源控制、變焦控制和聚焦控制。
所述控制計算機將邏輯互鎖的信號傳輸?shù)剿翴/O模塊，攝像機控制模 塊接收水下I/O模塊邏輯互鎖信號，為實現(xiàn)控制模塊中的MOS管不會發(fā)生短 路的現(xiàn)象，攝像機控制模塊中的聚焦和變焦信號中分別有一個控制信號起作 用，實現(xiàn)對水下攝像機的控制。
本發(fā)明更具有如下優(yōu)點
1. 本發(fā)明釆用光纖進行傳輸，視頻和數(shù)據(jù)信號傳輸距離長，提高了視頻 和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，加大了傳輸?shù)木嚯x，最長可達到IOKM。
2. 本發(fā)明釆用光多路復用器，使得視頻傳輸?shù)耐ǖ揽赏ㄟ^視頻卡進行擴 展，每擴展一塊視頻卡可以增加4個視頻通道。
3. 本發(fā)明中的攝像機視頻控制釆用控制模塊，每個模塊對應 一 臺攝像機， 增加攝像機只需增加 一 塊控制模塊。
4. 本發(fā)明的攝像機控制模塊，結(jié)構簡單、功能齊全，而且控制信號和輸 出信號間釆用光電隔離，減少了干擾。
5. 本發(fā)明釆用以太網(wǎng)通信技術，不但水面、水下的控制釆用以太網(wǎng)，而 且硬盤錄像機也帶有以太網(wǎng)接口，使得視頻圖像的儲存、拷貝等操作變得簡 單容易，對于接入該以太網(wǎng)的計算機可以方便的瀏覽該、下載該視頻，整個 系統(tǒng)的可擴展性和靈活性大大增強。
6. 本發(fā)明采用視頻切換器很方便的實現(xiàn)視頻的切換和選擇，周時釆用動 態(tài)字符疊加器通過計算機的串口把水下機器人的深度、航向等信息疊加在所 選的視頻上。


圖l水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)示意圖2水下攝像機控制模塊原理圖3水下機器人視頻及監(jiān)控系統(tǒng)軟件流程圖。
具體實施例方式
實施例如圖1所示，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明， 一種 遙控水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)，控制計算機與人機界面相連，控制計 算機通過交換機釆集水上1/0模塊的信息，水面1/0模塊與操作面板相連；
4控制計算機將控制信號通過交換機傳輸?shù)剿婀舛嗦窂陀闷鞯腗ODEM模塊。 水面和水下都設有光多路復用器，光多路復用器釆用模塊化設計，其內(nèi)設有 電源模塊、MODEM模塊和視頻模塊，光多路復用器設有以太網(wǎng)接口。其中電源 模塊負責提供電源；視頻模塊可根據(jù)需要增加該視頻模塊的數(shù)量，每個視頻 模塊含有4個視頻通道，水面和水下的視頻模塊成對設置；MODEM模塊設有以
太網(wǎng)接口并對光信號進行調(diào)制解調(diào)；水面光多路復用器通過光纖與水下光多 路復用器進行信號傳輸。
水面光多路復用器視頻模塊輸出的視頻信號分別與小監(jiān)視器和視頻切換
器相連，字符疊加器分別與控制計算機、硬盤錄像機連接；視頻切換器選擇i
路視頻輸出到字符疊加器，控制計算機通過串口將信息傳到字符疊加器，字 符疊加器在所選的視頻中疊加水下機器人的信息并將視頻傳輸?shù)接脖P錄像機 進行存儲，硬盤錄像機輸出該視頻到主監(jiān)視器進行實時顯示，且硬盤錄像機
設有用于瀏覽、下載視頻的以太網(wǎng)接口。水下I/O模塊將控制信號輸出到攝
像機控制模塊組實現(xiàn)攝像機的控制；水下光多路復用器的視頻模塊與攝像機 相連釆集視頻信息，水下光多路復用器將視頻信息經(jīng)光纖傳輸?shù)剿婀舛嗦?復用器，水面光多路復用器的視頻模塊與監(jiān)視器連接進行視頻信息顯示。水 下攝像機控制模塊的控制信號源于水下I/O模塊輸出的控制信號，攝像機控 制模塊組設有多個相同控制模塊，控制模塊與水下攝像機一一對應，控制模 塊實現(xiàn)水下攝像機的電源控制、變焦控制和聚焦控制。
本實施例釆用4臺攝像機，說明整個系統(tǒng)的視頻傳輸與顯示，水下攝像
機與視頻模塊相連，水下攝像機的視頻信號由水下的視頻模塊經(jīng)光纖傳到水 面光多路復用器的視頻模塊，水面光多路復用器的每路視頻模塊分別與監(jiān)視
器連接，進行信息視頻顯示；同時在水面將這4路視頻信號分別進行橋接輸 入到視頻切換器中，視頻切換器根據(jù)選擇輸出l路視頻信號到字符疊加器中， 通過字符疊加器將來自水下機器人的一些重要信息疊加在所選的視頻中，由 字符疊加器輸出到硬盤錄像機進行存儲，同時硬盤錄像機又實時輸出該視頻 到主監(jiān)視器上進行顯示，供操作員觀察。水下攝像機的電源控制、變焦和聚 焦控制由攝像機控制模塊組來實現(xiàn)，每臺攝像機對應一個控制模塊，每個模 塊均相同。攝像機控制模塊的控制信號是由主控水面控制計算機通過水面的 采集，經(jīng)過處理后傳到水下I/O釆集模塊，由該模塊輸出控制信號接到相應
的攝像機控制模塊中實現(xiàn)對攝像機的控制。水面控制計算機、水下、水面1/0
模塊及硬盤錄像機釆用以太網(wǎng)連接。主控計算機通過以太網(wǎng)可以訪問、刻錄 回放硬盤錄像機中的視頻圖像。由于釆用以太網(wǎng)，視頻圖像可以在接入該以 太網(wǎng)的計算機中下載和播放。整個系統(tǒng)的水上和水下控制部分采用以太網(wǎng)通 信技術，不但使控制系統(tǒng)變得靈活方便可擴展，而且使控制系統(tǒng)具有很好的
繼承性和通用性；硬盤錄像機也帶有以太網(wǎng)接口，并接入控制系統(tǒng)所使用的 以太網(wǎng)中，使得視頻圖像的儲存、拷貝等操作變得簡單容易，對于接入該以 太網(wǎng)的計算機可以方便的瀏覽、下載該硬盤錄像機中的視頻，增強了視頻圖像的利用價值。
如圖2所示，水下攝像機控制模塊對水下攝像機的電源控制、變焦和聚
焦的控制。其中電源控制釆用繼電器(REL1)實現(xiàn)，水下的I/O模塊輸出控 制信號(Power)控制繼電器(REL1)觸點的動作，輸出電源(Ph+)，從而實 現(xiàn)對攝像機電源的控制。變焦和聚焦控制的電路完全一樣，以聚焦為例，每 路需要兩個控制信號聚焦(F0CUS+、 FOCUS-)，這兩個信號分別與光耦器件 UC1)的輸入端相連，光耦器件UC1)的輸出端控制兩個第一MOS管(RF1) 和第二M0S管(RF2),其第一、第二M0S管的2腳短接，作為輸出信號(Fout) 控制水下攝像機的聚焦。聚焦(F0CUS+、 F0CUS-)信號來自水下I/O模塊的 數(shù)字量輸出，兩個信號存在邏輯互鎖，即這兩個信號不能同時起作用，否則 將造成第一MOS管(RF1)和第二M0S管(RF2)短路，兩個控制信號的邏輯 互鎖通過水面控制計算機來實現(xiàn)。
如圖3所示，水下機器人視頻傳輸與監(jiān)控系統(tǒng)程序的具體流程為控制 計算機程序通過水面I/O模塊以太網(wǎng)通信子程序掃描面板的操作狀態(tài)，把攝 像機電源控制開關、變焦和聚焦開關的狀態(tài)釆集到控制計算機，控制計算機 處理釆集到的數(shù)據(jù)，進行邏輯互鎖，保證每一個水下攝像機控制模塊的聚焦 (F0CUS+、 FOCUS-),變焦(Z00M+、 ZOOM-)控制信號不能同時起作用,再通 過水下1/0模塊以太網(wǎng)通信子程序，輸出至水下1/0模塊，水下1/0模塊的 數(shù)字量輸出模塊將控制信號輸出到水下攝像機控制模塊的相應管腳，實現(xiàn)對 水下攝像機的控制。由于攝像機的變焦和聚焦控制邏輯相同，因此這里只介 紹聚焦的邏輯互鎖程序，變焦程序省略；水面控制計算機通過水面I/O模塊 以太網(wǎng)通信子程序掃描面板的搡作狀態(tài)，把攝像機電源控制開關、聚焦和聚 焦的開關狀態(tài)采集到主控計算機，監(jiān)控系統(tǒng)程序首先判斷攝像機電源開關是
否接通，若未接通，則不輸出任何控制信號；若接通，則輸出電源控制信號。 然后程序再判斷聚焦加和聚焦減的按鈕狀態(tài)是否相同；若相同，表示兩按鈕 同時按下或同時放開，計算機不輸出控制信號。若不同，判斷是聚焦加按下 嗎？若是，則輸出聚焦加控制信號，若否，則輸出聚焦減控制信號。這樣程 序保證不論何種情況只輸出一個聚焦控制信號，從而保證不會發(fā)生短路的情 況。
權利要求
1、一種遙控水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于控制計算機通過交換機采集水面I/O模塊的信息，水面I/O模塊與操作面板相連；控制計算機將控制信號通過交換機傳輸?shù)剿婀舛嗦窂陀闷?，水面光多路復用器通過光纖與水下光多路復用器進行信號傳輸，水下光多路復用器與水下I/O模塊相連，水下I/O模塊輸出控制信號到攝像機控制模塊組實現(xiàn)對攝像機的控制；水下光多路復用器與攝像機相連采集視頻信息，水下光多路復用器將視頻信息傳輸?shù)剿婀舛嗦窂陀闷?，水面光多路復用器與監(jiān)視器連接進行視頻信息顯示，同時水面光多路復用器通過視頻切換器與字符疊加器連接，字符疊加器通過串口與控制計算機相連，控制計算機將水下機器人上的信息通過字符疊加器疊加在所選視頻上，字符疊加器輸出視頻信號給硬盤錄像機進行視頻存儲，同時硬盤錄像機輸出視頻信號到主監(jiān)視器上進行視頻顯示。
2、 按照權利要求1所述遙控水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)，其特征 在于光多路復用器釆用模塊化設計，其內(nèi)設有電源模塊、MODEM模塊和視 頻模塊，光多路復用器設有以太網(wǎng)接口， MODEM模塊對光信號進行調(diào)制解調(diào)； 視頻模塊可根據(jù)水下攝像機的數(shù)量增加或減少，而攝像機控制模塊組和水面 監(jiān)視器也相應地進行增加或減少。
3、 按照權利要求1所述遙控水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)，其特征 在于攝像機控制模塊的控制信號源于水下1/0模塊輸出的控制信號，攝像 機控制模塊組設有多個相同控制模塊，控制模塊與水下攝像機一一對應，控 制模塊實現(xiàn)水下攝像機的電源控制、變焦控制和聚焦控制。
4、 按照權利要求1所述遙控水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)，其特征 在于所述控制計算機將邏輯互鎖的信號傳輸?shù)剿?/0模塊，攝像機控制 模塊接收水下1/0模塊邏輯互鎖信號，為實現(xiàn)控制模塊中的MOS管不會發(fā)生 短路的現(xiàn)象，攝像機控制模塊中的聚焦和變焦信號中分別有一個控制信號起 作用，實現(xiàn)對水下攝像機的控制。
全文摘要
一種遙控水下機器人視頻傳輸及監(jiān)控系統(tǒng)，控制計算機通過交換機與水面I/O模塊相連，控制計算機通過交換機與光多路復用器相連，水下I/O模塊通過攝像機控制模塊組實現(xiàn)對攝像機的控制；水下光多路復用器的視頻模塊與攝像機相連，水下光多路復用器將視頻信息傳輸?shù)剿婀舛嗦窂陀闷?，水面光多路復用器與監(jiān)視器連接進行視頻信息顯示，并通過視頻切換器與字符疊加器連接，字符疊加器輸出視頻信號給硬盤錄像機進行視頻存儲，采用光纖進行傳輸，提高了視頻和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，傳輸距離長，采用以太網(wǎng)通信技術，使得視頻圖像的儲存、拷貝等操作簡單，對于接入該以太網(wǎng)的計算機可以方便的瀏覽該、下載該視頻，整個系統(tǒng)的可擴展性和靈活性大大增強。
文檔編號H04N5/278GK101588477SQ20081001154
公開日2009年11月25日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權日2008年5月23日
發(fā)明者任福林, 崔勝國, 王曉輝, 洋 趙, 威 郭 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所