CN1161651C

CN1161651C - 一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具

Info

Publication number: CN1161651C
Application number: CNB021001863A
Authority: CN
Inventors: 黄战华
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: CN1367405A

Abstract

本发明公开了一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，其在抗压灯箱内设有支架，支架的上部一侧设有阵列板LED发光灯，另一侧设有聚光镜。抗压灯箱内下部设有控制驱动电路，抗压灯箱位于聚光镜处设有抗压玻璃窗，抗压灯箱内下部设有景物测距传感器，控制驱动电路分别与景物测距传感器及阵列板LED发光灯连接。其中，控制驱动电路由微处理器分别与景物测距传感器电路、色光比例电路及存储器连接，功率放大驱动电路分别与色光比例电路、阵列板LED发光灯连接。微处理器中设有水下摄像自适应色度补偿照明光源的控制软件。本发明自动调节色度补偿照明光源，摄像时可得到水下真实色彩的彩色图象。并适合水下多处照明的需要。

Description

一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具

技术领域

本发明属于光学设备类，尤其涉及摄像照明灯具及控制类。

背景技术

水下摄像是探索江河、海洋水下地理。生物、物理、化学、矿藏等常用的一种技术手段。通常由于水，特别是海水的化学成份，光学折射、反射等原因，水下摄像质量不太理想，其水下摄像质量退化的影响因素主要由下列几个方面。

(1)吸收：由于水对光的吸收比空气大得多，可视距离大约只有空气中的1/1000。在100米水深以下，基本上就是黑暗世界。

(2)散射：由于水中的各种粒子对光线有强烈的散射，水中显得蒙蒙一片，景物的对比度随距离的增加而迅速下降。

(3)色散：由于水对光线的散射和吸收是有选择性的，440-560nm范围内吸收较小，而此范围外，吸收迅速增大，所以臼光在海水中传输一段距离后，就基本上只剩下绿光了。

(4)扰动：由于海水波动，光的折射率又随深度。温度、水流而变化，所以水中的图象常受干扰而变形。同时，水下摄像受到许多条件的限制，如：距离近，颜色偏色。为探索海洋的秘密等方面的需要，目前人们在海洋水下摄影时常采用：

1.大功率白色灯光照明，以提高摄像距离；

2.绿色激光照明，达到更远的摄像和测量距离；

3.通过专用摄像器件对偏色进行力所能及的色度补偿。

这些方法虽然能够解决部分彩色摄像问题，但难解决偏色和距离的问题。

如：增大光强，确实可以提高光照度。但是由于海水的强烈散射作用，背景散射光也随着增强，大大降低了图象的对比度，图象好象蒙着一层白雾样模糊不清。

其次，由于海水对不同波长的光线吸收很不均匀，所以拍摄的图象都偏绿，距离越远越严重。

还有激光的亮度虽然很高，但其会产生非常讨厌的干涉散斑，严重影响图象的清晰度。

同时，摄像器件的色度补偿范围较小，只能对某个距离合适。而当距离变化时补偿就失。因此水下摄影的色彩、图象清晰等都会受到许多影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，以解决上述问题。

本发明的目的是这样实现的，一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，其在抗压灯箱内设置有支架，支架的上部一侧设置有阵列板LED发光灯，另一侧设置有聚光镜。抗压灯箱内下部设置有控制驱动电路，抗压灯箱位于聚光镜处设置有抗压玻璃窗，抗压灯箔内下部设置有景物测距传感器，控制驱动电路分别与景物测距传感器及阵列板LED发光灯连接。

所述的控制驱动电路由微处理器分别与景物测距传感器电路、色光比例电路及存储器连接，功率放大驱动电路分别与色光比例电路、阵列板LED发光灯连接组成。

所述的微处理器及存储器中设置有水下摄像自适应色度补偿照明光源的控制软件，其包括下列步骤：

1.设定微处理器工作方式参数；

2.读入景物测距传感器输入的采集信号环境参数。

3.查询存储器内专用配套数据库参数，与输入景物测距传感器采集的环境参数进行合成计算驱动LED发光灯的工作参数；

4.根据驱动LED发光灯工作参数，驱动控制LED发光灯发射水下摄像自适应色度补偿照明所需的光强和色度，完成一个控制过程；然后又回到步骤1)，循环工作直至关机。

由于本发明采用了以上的技术方案，其采用色度和强度等都被控制调节为主动光源，并根据水下摄影、摄像的工作水深、景物距离。水域参数等建立专用配套数据库，自动地改变照明光源的光照强度和色度，补偿由于水体对不同色谱光线的不均匀散射和吸收，因而通过本发明的水下摄像自动调节的色度补偿照明光源，摄像时可得到水下真实色彩的彩色图象。同时也适合水下彩色摄像、深海彩色摄像、(水)井下摄像、潜水作业、水下施工，水下设备检修、水下机器人视觉系统等处照明的需要。

附图说明

图1是本发明的一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具形状构造示意图；

图2是本发明的一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具中控制驱动电路的原理示意图；

图3是本发明的一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具控制软件程序流程图。

图中：

1、抗压灯箱 2、支架 3、阵列板LED发光灯

3-1、红色LED发光灯 3-2，橙色LED发光灯 3-3、黄色LED发光灯

3-4、绿色LED发光灯 3-5、蓝色LED发光灯 3-6、白色LED发光灯

4、聚光镜 5、控制驱动电路 6、抗压玻璃窗

7、水深传感器 8、景物测距传感器 9、微处理器

10、景物测距传感器电路11、水深传感器电路 12、色光比例电路

12-1、红色色光比例电路12-2、橙色色光比例电路12-3、黄色色光比例电路

12-4、绿色色光比例电路12-5、蓝色色光比例电路12-6、白色色光比例电路

13、存储器 14、功率放大驱动电路 15、电源线

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作如下说明：

在图1中，水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，由抗压灯箱1、支架2、阵列板LED发光灯3，聚光镜4、控制驱动电路5。抗压玻璃窗6，和景物测距传感器8构成。

其中，抗压灯箱内1可由坚固、耐腐蚀的材料(如不锈钢等材料)设置成抗压的箱体形；其内部设置有支架2，支架2的上部一侧设置有阵列板LED发光灯3，另一侧设置有聚光镜4。为增强照明效果，阵列板LED发光灯3可设置成抛物面形；其由多只超高亮度LED发光灯组成。为增强照明色彩效果，LED发光灯可由红色、橙色、黄色。绿色、蓝色和白色的六色超高亮度的LED发光灯按阵列组合成阵列板LED发光灯。为增强照明和色彩效果，聚光镜4可采用大口径的聚光镜。抗压灯箱)内底部与支架2之间设置有控制驱动电路5。

抗压灯箱1位于聚光镜4处设置有抗压玻璃窗6。抗压玻璃窗6可采用高强度的透明材料(如耐高压的玻璃、聚脂材料等)，再经密封材料嵌压在抗压灯箱)的玻璃窗日。抗压玻璃窗6与聚光镜4可制成一体，嵌压在抗压灯箱1的玻璃窗口。抗压灯箱内1位于抗压玻璃窗6的下口设置有景物测距传感器8，用于测距景物的距离，并将测距采集的信号输送景物测距传感器电路10。

抗压灯箱：内可设置有电池等电源，也可不设电池而另设电源线15由水面船舶供给所需电源。

在图2中，控制驱动电路5由微处理器9分别与景物测距传感器电路10、色光比例电路12及存储器13连接；功率放大驱动电路14分别与色光比例电路12、阵列板LED发光灯3连接；景物测距传感器电路10与景物测距传感器8连接。

在控制驱动电路5中，微处理器9可采用CPU、DSP或单片机。存储器13中存储有预先设定的专用海域、水域散射、透射、照明模型等配套数据库参数。在功率放大驱动电路14中，可采用VMOS功率管进行放大驱动，驱动信号由DSP或单片机提供。因为，对于摄像照明，不能简单采用LED显示屏常用的脉冲调制技术进行驱动，否则与摄像扫描频率失配。采用模拟恒流源技术，通过改变LED驱动电流及LED数目来改变各色光的强度和分布。

为增强摄像照明色彩效果，抗压灯箱1内下部设置有水深传感器7，其用于测量水的深度。同时，控制驱动电路5设置有水深传感器电路11，并由其内的微处理器9与水深传感器电路11及水深传感器7连接，将其水深采集的信号输送到控制驱动电路5中的微处理器9，控制阵列板LED发光灯3发出极好的水下摄像自适应色度补偿照明光源。

为增强摄像照明色彩效果，阵列板LED发光灯3上的LED发光灯可由红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和白色的六色超高亮度的LED发光灯组成超高亮阵列LED光源，并分别与功率放大驱动电路14连接。

本发明采用超高亮度LED，每种LED都覆盖一定的光谱范围，从而叠加覆盖整个可见光谱段。其红色。橙色、黄色、绿色、蓝色和白色的6种管芯相间可组成2块或多块MXN的阵列。由于海水对红光吸收比蓝绿光大得多，所以在红光波段应采用更多的红色LED发光灯。

LED照明不仅可以克服激光照明引起的干涉，得到更清晰的彩色图象，而且驱动功率小，发光效率也较高。

同时，在控制驱动电路5中，色光比例电路12可由红色色光比例电路12-1、橙色色光比例电路12-2、黄色色光比例电路12-3、绿色色光比例电路124、蓝色色光比例电路12-5和白色色光比例电路12-6组成，其并分别与微处理器9及功率放大驱动电路14连接。

本发明对水下摄像自适应色度补偿照明光源的控制过程中，首先通过景物测距传感器8或外部的景物距离输入信号，得出照明光源到景物的距离及景物到摄像机的距离，从而计算出光源的备色光到达景物、再由景物到达摄象机时在水中传输的距离。其次，根据这些距离和水域深度、水域的散射、透射系数和专业数据库，控制驱动电路5中的微控制器9求出各种色光到达摄像机的衰减系数。各色光衰减系数的倒数就是光源需要发射的各色光强的比例。第三，微处理器9把各色光的比例信号输出到相应的色光比例电路12，得到各色光LED的驱动电流和LED数目。第四，色光比例电路12控制LED功率驱动电路，驱动各色LED发出相应的光强和色度。这时光源发出的并不是自光，是有特定的光强和色度分布，经由水中传输后，被水体按不同比例吸收和散射，到达摄像机时，就正好与白光在空气中照射效果一样，达到了色度自动调节补偿的目的。微处理器9不停地探测景物距离，不停地根据景物距离等条件改变光源发出的光强和色度，自适应补偿水下摄像色度。

在图3中，微处理器；中设置的水下摄像自适应色度补偿照明光源的控制软件，其具体包括下列步骤：

1.设定微处理器专用海域、水域散射，透射、照明模型的配套工作数据库参数并存储；

2.读入景物测距传感器等输入的水下摄像自适应色度补偿照明光源控制的设定参数：

3.输入水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具中景物测距传感器和水深传感器采集的景物距离和海水深度的环境参数。

4.调用微处理器的存储器中设定的专用配套数据库参数，及与输入景物测距传感器和水深传感器采集的景物距离和海水深度的环境参数，进行合成计算驱动LED发光灯所需照明亮度的工作参数；

5.根据计算驱动LED发光灯照明亮度的工作参数，驱动控制LED发光灯发射水下摄像自适应色度补偿照明所需光源；并将此控制工作参数返回输入水下摄像自适应色度补偿照明光源的控制设定参数，完成整个控制过程。

Claims

1.一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，其特征在于，抗压灯箱内设置有支架，支架的上部一侧设置有阵列板LED发光灯，另一侧设置有聚光镜；抗压灯箱内下部设置有控制驱动电路，抗压灯箱位于聚光镜处设置有抗压玻璃窗，抗压灯箱内下部设置有景物测距传感器，控制驱动电路分别与景物测距传感器及阵列板LED发光灯连接；

所述的控制驱动电路由微处理器分别与景物测距传感器电路、色光比例电路及存储器连接，存储器在控制驱动电路上与微处理器连接，功率放大驱动电路分别与色光比例电路、阵列板LED发光灯连接组成：

所述的微处理器及存储器中设置有水下摄像自适应色度补偿照明光源的控制软件，包括下列步骤；

1)设定微处理器工作方式参数；

2)读入景物测距传感器输入的采集信号环境参数；

3)查询存储器内专用配套数据库参数，与输入景物测距传感器采集的环境参数进行合成计算驱动LED发光灯的工作参数；专用配套数据库是有关海水深度、海域、温度的数据；

4)根据驱动LED发光灯工作参数，驱动控制LED发光灯发射水下摄像自适应色度补偿照明所需的光强和色度，完成一个控制过程；然后又回到步骤1)，循环工作直至关机。

2.根据权利要求1所述的一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，其特征在于，抗压灯箱内下部分别设置有水深传感器，其与控制驱动电路相连接，用于采集、测量水的深度信号。

3.根据权利要求1所述的一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，其特征在于，控制色度和光强比例的电路由红色色光比例电路、橙色色光比例电路、黄色色光比例电路、绿色色光比例电路、蓝色色光比例电路和白色色光比例电路组成，其分别与微处理器和功率放大驱动电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种水下摄像自适应色度补偿照明光源的灯具，其特征在于，阵列板LED发光灯由红色、橙色、黄色、绿色、蓝色和白色的六色LED发光灯组成，其分别与功率放大驱动电路连接。