專利名稱：一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)備類，尤其涉及攝像照明燈具及控制類。
背景技術(shù)：
水下攝像是探索江河、海洋水下地理、生物、物理、化學(xué)、礦藏等常用的一種技術(shù)手段。通常由于水，特別是海水的化學(xué)成份，光學(xué)折射、反射等原因，水下攝像質(zhì)量不太理想，其水下攝像質(zhì)量退化的影響因素主要由下列幾個方面。
(1)吸收由于水對光的吸收比空氣大得多，可視距離大約只有空氣中的1/1000。在100米水深以下，基本上就是黑暗世界。
(2)散射由于水中的各種粒子對光線有強烈的散射，水中顯得朦朦一片，景物的對比度隨距離的增加而迅速下降。
(3)色散由于水對光線的散射和吸收是有選擇性的，440-560nm范圍內(nèi)吸收較小，而此范圍外，吸收迅速增大，所以白光在海水中傳輸一段距離后，就基本上只剩下綠光了。
(4)擾動由于海水波動，光的折射率又隨深度、溫度、水流而變化，所以水中的圖象常受干擾而變形。同時，水下攝像受到許多條件的限制，如距離近，顏色偏色。
為探索海洋的秘密等方面的需要，目前人們在海洋水下攝影時常采用1，大功率白色燈光照明，以提高攝像距離。
2，綠色激光照明，達(dá)到更遠(yuǎn)的攝像和測量距離。
3，通過專用攝像器件對偏色進(jìn)行力所能及的色度補償。
這些方法雖然能夠解決部分彩色攝像問題，但難解決偏色和距離的問題。
如增大光強，確實可以提高光照度。但是由于海水的強烈散射作用，背景散射光也隨著增強，大大降低了圖象的對比度，圖象好象蒙著一層白霧樣模糊不清。
其次，由于海水對不同波長的光線吸收很不均勻，所以拍攝的圖象都偏綠，距離越遠(yuǎn)越嚴(yán)重。
還有激光的亮度雖然很高，但其會產(chǎn)生非常討厭的干涉散斑，嚴(yán)重影響圖象的清晰度。
同時，攝像器件的色度補償范圍較小，只能對某個距離合適。而當(dāng)距離變化時補償就失效了。因此水下攝影的色彩、圖象清晰等都會受到許多影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具，以解決上述難題。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具，其在抗壓燈箱內(nèi)設(shè)置有支架，支架的上部一側(cè)設(shè)置有陣列板LED發(fā)光燈，另一側(cè)設(shè)置有聚光鏡?？箟簾粝鋬?nèi)下部設(shè)置有控制驅(qū)動電路，抗壓燈箱位于聚光鏡處設(shè)置有抗壓玻璃窗，抗壓燈箱內(nèi)下部設(shè)置有景物測距傳感器，控制驅(qū)動電路分別與景物測距傳感器及陣列板LED發(fā)光燈連接。
所述的控制驅(qū)動電路由微處理器分別與景物測距傳感器電路、色光比例電路及存儲器連接，功率放大驅(qū)動電路分別與色光比例電路、陣列板LED發(fā)光燈連接組成。
所述的微處理器及存儲器中設(shè)置有水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的控制軟件，其包括下列步驟1，設(shè)定微處理器工作方式參數(shù)；2，讀入景物測距傳感器輸入的采集信號環(huán)境參數(shù)；3，查詢存儲器內(nèi)專用配套數(shù)據(jù)庫參數(shù)，與輸入景物測距傳感器采集的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行合成計算驅(qū)動LED發(fā)光燈的工作參數(shù)；4，根據(jù)驅(qū)動LED發(fā)光燈工作參數(shù)，驅(qū)動控制LED發(fā)光燈發(fā)射水下攝像自適應(yīng)色度補償照明所需的光強和色度，完成一個控制過程；然后又回到步驟1)，循環(huán)工作直至關(guān)機(jī)。
由于本發(fā)明采用了以上的技術(shù)方案，其采用色度和強度等都被控制調(diào)節(jié)為主動光源，并根據(jù)水下攝影、攝像的工作水深、景物距離、水域參數(shù)等建立專用配套數(shù)據(jù)庫，自動地改變照明光源的光照強度和色度，補償由于水體對不同色譜光線的不均勻散射和吸收，因而通過本發(fā)明的水下攝像自動調(diào)節(jié)的色度補償照明光源，攝像時可得到水下真實色彩的彩色圖象。同時也適合水下彩色攝像、深海彩色攝像、(水)井下攝像、潛水作業(yè)、水下施工、水下設(shè)備檢修、水下機(jī)器人視覺系統(tǒng)等處照明的需要。


圖1是本發(fā)明的一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具形狀構(gòu)造示意圖；圖2是本發(fā)明的一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具中控制驅(qū)動電路的原理示意圖；
圖3是本發(fā)明的一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具控制軟件程序流程圖。
圖中，1、抗壓燈箱 2、支架 3、陣列板LED發(fā)光燈3-1、紅色LED發(fā)光燈3-2、橙色LED發(fā)光燈 3-3、黃色LED發(fā)光燈3-4、綠色LED發(fā)光燈3-5、藍(lán)色LED發(fā)光燈 3-6、白色LED發(fā)光燈4、聚光鏡 5、控制驅(qū)動電路 6、抗壓玻璃窗7、水深傳感器 8、景物測距傳感器9、微處理器10、景物測距傳感器電路11、水深傳感器電路 12、色光比例電路12-1、紅色色光比例電路12-2、橙色色光比例電路 12-3、黃色色光比例電路12-4、綠色色光比例電路12-5、藍(lán)色色光比例電路 12-6、白色色光比例電路13、存儲器14、功率放大驅(qū)動電路 15、電源線實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作如下說明在圖1中，水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具，由抗壓燈箱1、支架2、陣列板LED發(fā)光燈3，聚光鏡4、控制驅(qū)動電路5、抗壓玻璃窗6和景物測距傳感器8構(gòu)成。
其中，抗壓燈箱內(nèi)1可由堅固、耐腐蝕的材料(如不銹鋼等材料)設(shè)置成抗壓的箱體形；其內(nèi)部設(shè)置有支架2，支架2的上部一側(cè)設(shè)置有陣列板LED發(fā)光燈3，另一側(cè)設(shè)置有聚光鏡4。為增強照明效果，陣列板LED發(fā)光燈3可設(shè)置成拋物面形；其由多只超高亮度LED發(fā)光燈組成。為增強照明色彩效果，LED發(fā)光燈可由紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色和白色的六色超高亮度的LED發(fā)光燈按陣列組合成陣列板LED發(fā)光燈。為增強照明和色彩效果，聚光鏡4可采用大口徑的聚光鏡。抗壓燈箱1內(nèi)底部與支架2之間設(shè)置有控制驅(qū)動電路5。
抗壓燈箱1位于聚光鏡4處設(shè)置有抗壓玻璃窗6?？箟翰ＡТ?可采用高強度的透明材料(如耐高壓的玻璃、聚脂材料等)，再經(jīng)密封材料嵌壓在抗壓燈箱1的玻璃窗口?？箟翰ＡТ?與聚光鏡4可制成一體，嵌壓在抗壓燈箱1的玻璃窗口?？箟簾粝鋬?nèi)1位于抗壓玻璃窗6的下口設(shè)置有水深景物測距傳感器8，其用于測距景物的距離，并將測距采集的信號輸送景物測距傳感器電路10。
抗壓燈箱1內(nèi)可設(shè)置有電池等電源，也可不設(shè)電池而另設(shè)電源線15由水面船舶供給所需電源。
在圖2中，控制驅(qū)動電路5由微處理器9分別與景物測距傳感器電路10、色光比例電路12及存儲器13連接；功率放大驅(qū)動電路14分別與色光比例電路12、陣列板LED發(fā)光燈3連接；景物測距傳感器電路10與景物測距傳感器8連接。
在控制驅(qū)動電路5中，微處理器9可采用CPU、DSP或單片機(jī)。存儲器13中存儲有預(yù)先設(shè)定的專用海域、水域散射、透射、照明模型等配套數(shù)據(jù)庫參數(shù)。在功率放大驅(qū)動電路14中，可采用VMOS功率管進(jìn)行放大驅(qū)動，驅(qū)動信號由DSP或單片機(jī)提供。因為，對于攝像照明，不能簡單采用LED顯示屏常用的脈沖調(diào)制技術(shù)進(jìn)行驅(qū)動，否則與攝像掃描頻率失配。采用模擬恒流源技術(shù)，通過改變LED驅(qū)動電流及LED數(shù)目來改變各色光的強度和分布。
為增強攝像照明色彩效果，抗壓燈箱1內(nèi)下部設(shè)置有水深傳感器7，其用于測量水的深度。同時，控制驅(qū)動電路5設(shè)置有水深傳感器電路11，并由其內(nèi)的微處理器9與水深傳感器電路11及水深傳感器7連接，將其水深采集的信號輸送到控制驅(qū)動電路5中的微處理器9，控制陣列板LED發(fā)光燈3發(fā)出極好的水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源。
為增強攝像照明色彩效果，陣列板LED發(fā)光燈3上的LED發(fā)光燈可由紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色和白色的六色超高亮度的LED發(fā)光燈組成超高亮陣列LED光源，并分別與功率放大驅(qū)動電路14連接。
本發(fā)明采用超高亮度LED，每種LED都覆蓋一定的光譜范圍，從而疊加覆蓋整個可見光譜段。其紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色和白色的6種管芯相間可組成2塊或多塊M×N的陣列。由于海水對紅光吸收比藍(lán)綠光大得多，所以在紅光波段應(yīng)采用更多的紅色LED發(fā)光燈。
LED照明不僅可以克服激光照明引起的干涉，得到更清晰的彩色圖象，而且驅(qū)動功率小，發(fā)光效率也較高。
同時，在控制驅(qū)動電路5中，色光比例電路12可由紅色色光比例電路12-1、橙色色光比例電路12-2、黃色色光比例電路12-3、綠色色光比例電路12-4、藍(lán)色色光比例電路12-5和白色色光比例電路12-6組成，其并分別與微處理器9及功率放大驅(qū)動電路14連接。
本發(fā)明對水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的控制過程中，首先通過景物測距傳感器8或外部的景物距離輸入信號，得出照明光源到景物的距離及景物到攝像機(jī)的距離，從而計算出光源的各色光到達(dá)景物、再由景物到達(dá)攝象機(jī)時在水中傳輸?shù)木嚯x。其次，根據(jù)這些距離和水域深度、水域的散射、透射系數(shù)和專業(yè)數(shù)據(jù)庫，控制驅(qū)動電路5中的微控制器9求出各種色光到達(dá)攝像機(jī)的衰減系數(shù)。各色光衰減系數(shù)的倒數(shù)就是光源需要發(fā)射的各色光強的比例。第三，微控制器9把各色光的比例信號輸出到相應(yīng)的色光比例電路12，得到各色光LED的驅(qū)動電流和LED數(shù)目。第四，色光比例電路12控制LED功率驅(qū)動電路，驅(qū)動各色LED發(fā)出相應(yīng)的光強和色度。這時光源發(fā)出的并不是白光，是有特定的光強和色度分布，經(jīng)由水中傳輸后，被水體按不同比例吸收和散射，到達(dá)攝像機(jī)時，就正好與白光在空氣中照射效果一樣，達(dá)到了色度自動調(diào)節(jié)補償?shù)哪康?。微處理?不停地探測景物距離，不停地根據(jù)景物距離等條件改變光源發(fā)出的光強和色度，自適應(yīng)補償水下攝像色度。
在圖3中，微處理器9中設(shè)置的水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的控制軟件，其具體包括下列步驟
1.設(shè)定微處理器專用海域、水域散射、透射、照明模型的配套工作數(shù)據(jù)庫參數(shù)并存儲；2.讀入景物測距傳感器等輸入的水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源控制的設(shè)定參數(shù)；3.輸入水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具中景物測距傳感器和水深傳感器采集的景物距離和海水深度的環(huán)境參數(shù)；4.調(diào)用微處理器的存儲器中設(shè)定的專用配套數(shù)據(jù)庫參數(shù)，及與輸入景物測距傳感器和水深傳感器采集的景物距離和海水深度的環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行合成計算驅(qū)動LED發(fā)光燈所需照明亮度的工作參數(shù)；5.根據(jù)計算驅(qū)動LED發(fā)光燈照明亮度的工作參數(shù)，驅(qū)動控制LED發(fā)光燈發(fā)射水下攝像自適應(yīng)色度補償照明所需光源；并將此控制工作參數(shù)返回輸入水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的控制設(shè)定參數(shù)，完成整個控制過程。
權(quán)利要求
1.一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具，其特征在于，抗壓燈箱內(nèi)設(shè)置有支架，支架的上部一側(cè)設(shè)置有陣列板LED發(fā)光燈，另一側(cè)設(shè)置有聚光鏡；抗壓燈箱內(nèi)下部設(shè)置有控制驅(qū)動電路，抗壓燈箱位于聚光鏡處設(shè)置有抗壓玻璃窗，抗壓燈箱內(nèi)下部設(shè)置有景物測距傳感器，控制驅(qū)動電路分別與景物測距傳感器及陣列板LED發(fā)光燈連接；所述的控制驅(qū)動電路由微處理器分別與景物測距傳感器電路、色光比例電路及存儲器連接，功率放大驅(qū)動電路分別與色光比例電路、陣列板LED發(fā)光燈連接組成；所述的微處理器及存儲器中設(shè)置有水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的控制軟件，其包括下列步驟1)設(shè)定微處理器工作方式參數(shù)；2)讀入景物測距傳感器輸入的采集信號環(huán)境參數(shù)；3)查詢存儲器內(nèi)專用配套數(shù)據(jù)庫參數(shù)，與輸入景物測距傳感器采集的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行合成計算驅(qū)動LED發(fā)光燈的工作參數(shù)；4)根據(jù)驅(qū)動LED發(fā)光燈工作參數(shù)，驅(qū)動控制LED發(fā)光燈發(fā)射水下攝像自適應(yīng)色度補償照明所需的光強和色度，完成一個控制過程；然后又回到步驟1)，循環(huán)工作直至關(guān)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具，其特征在于，抗壓燈箱內(nèi)下部分別設(shè)置有水深傳感器，其與控制驅(qū)動電路相連接，用于采集、測量水的深度信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具，其特征在于，色光比例電路由紅色色光比例電路、橙色色光比例電路、黃色色光比例電路、綠色色光比例電路、藍(lán)色色光比例電路和白色色光比例電路組成，其分別與微處理器和功率放大驅(qū)動電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具，其特征在于，陣列板LED發(fā)光燈由紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色和白色的六色LED發(fā)光燈組成，其分別與功率放大驅(qū)動電路連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的燈具,其在抗壓燈箱內(nèi)設(shè)有支架,支架的上部一側(cè)設(shè)有陣列板LED發(fā)光燈,另一側(cè)設(shè)有聚光鏡。抗壓燈箱內(nèi)下部設(shè)有控制驅(qū)動電路,抗壓燈箱位于聚光鏡處設(shè)有抗壓玻璃窗,抗壓燈箱內(nèi)下部設(shè)有景物測距傳感器,控制驅(qū)動電路分別與景物測距傳感器及陣列板LED發(fā)光燈連接。其中,控制驅(qū)動電路由微處理器分別與景物測距傳感器電路、色光比例電路及存儲器連接,功率放大驅(qū)動電路分別與色光比例電路、陣列板LED發(fā)光燈連接。微處理器中設(shè)有水下攝像自適應(yīng)色度補償照明光源的控制軟件。本發(fā)明自動調(diào)節(jié)色度補償照明光源,攝像時可得到水下真實色彩的彩色圖象。并適合水下多處照明的需要。
文檔編號G03B15/02GK1367405SQ0210018
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者黃戰(zhàn)華 申請人:天津大學(xué)