一種頭盔式彩色圖像聲納及其成像方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種頭盔式彩色圖像聲納，包括聲納頭、控制盒、視頻眼鏡；其中，所述聲納頭能夠安裝在頭盔上，所述視頻眼鏡能夠安裝在所述頭盔的眼部；所述聲納頭通過水密電纜連接到控制盒，所述控制盒還通過水密電纜與視頻眼鏡相連；所述聲納頭在控制盒的控制下向外部環(huán)境發(fā)射聲納信號并接收回波信號；所述控制盒對聲納頭所輸出的聲納回波信號進行處理，從中提取出外部環(huán)境的信息，然后將其轉(zhuǎn)換為二維圖像數(shù)據(jù)；所述二維圖像數(shù)據(jù)在所述視頻眼鏡上顯示。
【專利說明】一種頭盔式彩色圖像聲納及其成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下探測設(shè)備，特別涉及一種頭盔式彩色圖像聲納及其成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國境內(nèi)的河流、湖泊眾多，海岸線長，河流和湖泊水下環(huán)境復(fù)雜，且河水中普遍存在含沙量大的特點，導(dǎo)致水質(zhì)混濁，而海水水下能見度低，這些都為潛水員水下作業(yè)增加了困難和危險性。目前，潛水員在進行潛水作業(yè)時，常用的觀察方式是依靠強光燈的視力觀察，但是在光線不足以及渾水中，人眼可觀測視野極小，且使用強光燈不僅不方便，而且不安全。為了解決這個問題就出現(xiàn)了水下成像聲納設(shè)備。
[0003]現(xiàn)有的水下成像聲納設(shè)備主要有兩種形式，一種是手持式，由潛水員雙手持手柄使用，其缺點是顯而易見的:潛水員的雙手被束縛住了，不僅不利于水下作業(yè)，對潛水員的安全也是很大的威脅；另一種則固定于UUV等各種水下航行器或水下工作平臺，其缺點是:由于體積大，裝配復(fù)雜，很難與各種工作平臺相匹配。若能提供一種體積小、重量輕、方便裝配和使用的水下聲納成像設(shè)備將有助于潛水作業(yè)的實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的水下成像聲納設(shè)備體積大、裝配復(fù)雜，不便攜帶的缺陷，從而提供一種供潛水員使用的頭盔式彩色圖像聲納。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種頭盔式彩色圖像聲納，包括聲納頭1、控制盒2、視頻眼鏡3 ;其中，所述聲納頭I能夠安裝在頭盔上，所述視頻眼鏡3能夠安裝在所述頭盔的眼部；所述聲納頭I通過水密電纜連接到控制盒2，所述控制盒2還通過水密電纜與視頻眼鏡3相連；
[0006]所述聲納頭I在控制盒2的控制下向外部環(huán)境發(fā)射聲納信號并接收回波信號；所述控制盒2對聲納頭I所輸出的聲納回波信號進行處理，從中提取出外部環(huán)境的信息，然后將其轉(zhuǎn)換為二維圖像數(shù)據(jù)；所述二維圖像數(shù)據(jù)在所述視頻眼鏡3上顯示。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述聲納頭I包括步進電機11、收發(fā)合置換能器12、傳動軸13 ；其中，所述步進電機11通過傳動軸13與所述收發(fā)合置換能器12相連；所述步進電機11在一定角度之間往復(fù)轉(zhuǎn)動，進而通過傳動軸13帶動所述收發(fā)合置換能器12在該角度范圍之間往復(fù)轉(zhuǎn)動；所述收發(fā)合置換能器12在所述角度范圍內(nèi)每隔一定的較小角度發(fā)射及接收一次聲納信號。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述收發(fā)合置換能器12包括一條形壓電陶瓷換能器121、半圓形殼體122以及引線軸123 ;所述條形壓電陶瓷換能器121位于所述半圓形殼體122內(nèi)，在所述半圓形殼體122的下端安裝有所述引線軸123，所述引線軸123與所述傳動軸13相連。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述聲納頭I的最外側(cè)包括有用于保護步進電機11、部分傳動軸13的殼體，該殼體具有水密性，且能使得所述傳動軸13轉(zhuǎn)動靈活。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述控制盒2包括:信號預(yù)處理模塊21、信號處理模塊22、格式轉(zhuǎn)換模塊23、存儲模塊24、控制模塊25、電源26以及盒體27 ;其中，
[0011]所述信號預(yù)處理模塊21對所接收的聲納回波信號做包括放大、濾波在內(nèi)的預(yù)處理操作，所述信號處理模塊22將經(jīng)過預(yù)處理的信號做采樣、分析以及偽彩色編碼，得到二維圖像數(shù)據(jù)；所述格式轉(zhuǎn)換模塊23將二維圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠在所述視頻眼鏡3上顯示的數(shù)據(jù)格式；所述存儲模塊24用于存儲所述二維圖像數(shù)據(jù)；所述控制模塊25對成像距離、信號增益、成像范圍角度進行控制，以及控制聲納的啟動與關(guān)閉。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述控制盒2還包括與外部陸上顯示設(shè)備相連接的接口，通過該接口，所述控制盒2能夠?qū)⑺龆S圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到外部陸上顯示設(shè)備，還能夠?qū)⒂脩敉ㄟ^外部陸上顯示設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)顯示到所述視頻眼鏡3上。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述信號處理模塊22進一步包括采樣單元221、分析單元222、編碼單元223 ;所述采樣單元221對經(jīng)過預(yù)處理的聲納信號進行采樣，得到采樣信號；所述分析單元222對采樣信號做FFT運算，得到反映信號強度的值；所述編碼單元223對所得到的反映信號強度的值做偽彩色編碼，即根據(jù)物體的反射系數(shù)找出每個點最適合顯示的顏色，從而生成二維圖像數(shù)據(jù)。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述視頻眼鏡3包括鏡片31、放大組件32、微型顯示器33，三者在視頻眼鏡筒34內(nèi)依次排列；其中，所述微型顯示器33根據(jù)所接收到的二維圖像數(shù)據(jù)生成二維圖像，用戶的目光通過鏡片31與放大組件32在所述微型顯示器33上看到能夠反映外部環(huán)境的二維圖像；所述視頻眼鏡筒34具有水密性。
[0015]本發(fā)明還提供了基于所述的頭盔式彩色圖像聲納所實現(xiàn)的成像方法，包括:
[0016]步驟I)、潛水員通過控制盒2開啟電源開關(guān)，并對成像距離、掃描角度范圍、信號增益進行設(shè)置；
[0017]步驟2)、所述聲納頭I中的收發(fā)合置換能器12接收到命令后開始向外發(fā)射聲脈沖；聲脈沖由前方目標(biāo)反射后被所述收發(fā)合置換能器12接收，產(chǎn)生扇形顯示中的一線聲納信號，所產(chǎn)生的聲納信號傳輸?shù)剿隹刂坪?中；
[0018]步驟3)、所述控制盒2對聲納信號包括放大、濾波在內(nèi)的預(yù)處理，然后對聲納信號進行采樣，得到采樣信號；采樣信號經(jīng)FFT運算后，得到反映信號強度的值，將這些值進行偽彩色編碼，生成扇形顯示圖像數(shù)據(jù)的一條線并存儲；
[0019]步驟4)、聲納頭I中的步進電機11按照設(shè)定的角度旋轉(zhuǎn)，在每個角度重復(fù)步驟
2)、步驟3)，形成扇形顯示圖像數(shù)據(jù)中的一條線，將聲納頭(I)在各個旋轉(zhuǎn)角度所得到的各條線的數(shù)據(jù)拼接后得到所述扇形顯示圖像數(shù)據(jù)；
[0020]步驟5)、當(dāng)外接陸上顯示設(shè)備與所述控制盒2斷開時，上述扇形顯示圖像數(shù)據(jù)只進行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為能夠在視頻眼鏡3中顯示的數(shù)據(jù)格式，并將信號傳輸?shù)揭曨l眼鏡3中；當(dāng)外接陸上顯示設(shè)備與所述控制盒2連接時，二維圖像數(shù)據(jù)分為兩路進行傳輸，一路直接傳輸?shù)酵饨雨懮巷@示設(shè)備進行顯示，同時，外接陸上顯示設(shè)備給潛水員發(fā)送信息，所發(fā)送的信息顯示在潛水員佩戴的視頻眼鏡3上，另一路經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后，傳輸給所述視頻眼鏡3進行顯示。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0022]1、本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納通過收發(fā)合置換能器發(fā)射與接收信號，通過步進電機機械掃描的方式，避免了大規(guī)模運算問題，從而保證了電路結(jié)構(gòu)的小巧；[0023]2、本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納通過水下顯示為潛水員配備了“眼睛”，可以給潛水員提供水下周圍環(huán)境實時圖像，并且能通過控制盒調(diào)整觀測的視覺范圍和距離，從而更好的掌握水下實時情況；
[0024]3、本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納可以對水下目標(biāo)進行實時成像，將圖像顯示在潛水員面前的同時，也將圖像數(shù)據(jù)存儲起來，方便以后查看；
[0025]4、本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納體積小，質(zhì)量輕，功耗小以及成像分辨率高；
[0026]5、本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納可以像頭燈一樣安裝于潛水員頭盔，可以方便地掛在潛水員腰帶上，不僅能夠滿足潛水員水下搜索的要求，而且解放了潛水員的雙手，增強潛水員的水下作業(yè)自由度及舒適度，同時也可以在陸面進行實時顯示，也可以輕易地固定于各種水下工作平臺的各個位置，滿足各種情況下水下環(huán)境及目標(biāo)成像的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是在一個實施例中的聲納頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是在一個實施例中的控制盒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4是在一個實施例中的控制盒中的信號處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是在一個實施例中的視頻眼鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6是在一個實施例中聲納頭中的收發(fā)合置換能器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖面說明
[0034]I 聲納頭2 控制盒
[0035]3 視頻眼鏡11步進電機
[0036]12收發(fā)合置換能器 13傳動軸
[0037]14水密接頭21信號預(yù)處理模塊
[0038]22信號處理模塊23格式轉(zhuǎn)換模塊
[0039]24存儲模塊25控制模塊
[0040]26 電源27盒體
[0041]31鏡片32放大組件
[0042]33微型顯示器34視頻眼鏡筒
[0043]121條形壓電陶瓷換能器122半圓形聚甲醛殼體
[0044]123引線軸221采樣單元
[0045]222分析單元223編碼單元
【具體實施方式】
[0046]現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0047]參考圖1，本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納包括聲納頭1、控制盒2、視頻眼鏡3 ;其中，所述聲納頭I通過水密電纜連接到控制盒2，所述控制盒2還通過水密電纜與視頻眼鏡3相連。 [0048]下面對本發(fā)明中的模塊做進一步的說明。
[0049]所述聲納頭I可向外部環(huán)境發(fā)射聲納信號，并接收回波信號。圖2為在一個實施例中，聲納頭I的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，聲納頭I包括步進電機11、收發(fā)合置換能器12、傳動軸13 ;所述步進電機11通過傳動軸13與所述收發(fā)合置換能器12相連。所述步進電機11能夠在O —150度之間往復(fù)轉(zhuǎn)動，進而通過傳動軸13帶動收發(fā)合置換能器12在O —150度之間往復(fù)轉(zhuǎn)動。所述收發(fā)合置換能器12在O —150度范圍內(nèi)，每隔一定角度(本實施例中為0.45度,在其他實施例中也可以是其它角度值)發(fā)射及接收一次聲納信號。所述聲納頭I還包括有一水密接頭14，聲納頭I通過該接頭連接水密電纜，進而連接到控制盒2。由于聲納頭I需要安裝在潛水員的頭盔上，因此所述聲納頭I應(yīng)當(dāng)具有體積小、質(zhì)量輕、殼體水密性能良好等特點。為此，步進電機11不僅需要滿足尺寸規(guī)格，而且要保證電機力量，所采用的電機是25BYHJ60-404A。參考圖6，所述收發(fā)合置換能器12包括一條形壓電陶瓷換能器121、半圓形聚甲醛殼體122以及引線軸123 ;所述條形壓電陶瓷換能器121位于所述半圓形聚甲醛殼體122內(nèi)，在所述半圓形聚甲醛殼體122的下端安裝有引線軸123，所述引線軸123與傳動軸13相連。半圓形聚甲醛殼體122起到兩個作用，一是保護壓電陶瓷換能器121，免其受撞擊而斷裂，另一方面可以保證換能器的發(fā)射能量集中到前面，而不向后面擴散。所述聲納頭I的最外側(cè)包括有用于保護步進電機11、部分傳動軸13的殼體，該殼體應(yīng)既能保證傳動軸13轉(zhuǎn)動靈活自如，又能保證水下50米充分水密。
[0050]所述控制盒2處理聲納頭I所輸出的聲納信號，由聲納信號提取出外部的環(huán)境信息，得到用于反映外部環(huán)境信息的二維圖像數(shù)據(jù)。控制盒2生成的二維圖像數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后傳輸給視頻眼鏡3，可選的，也可同時將二維圖像數(shù)據(jù)傳輸給外部的陸上顯示設(shè)備。圖3為在一個實施例中，控制盒2的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，控制盒2 (圖3中虛線框內(nèi)部分)包括信號預(yù)處理模塊21、信號處理模塊22、格式轉(zhuǎn)換模塊23、存儲模塊24、控制模塊25以及電源26，上述模塊都位于盒體27內(nèi)。
[0051]所述信號預(yù)處理模塊21包括前置放大器，或濾波器，或同時包括前置放大器與濾波器，其可對由聲納頭I采集的聲納信號進行包括放大、濾波在內(nèi)的預(yù)處理操作。
[0052]參考圖4，所述信號處理模塊22包括采樣單元221、分析單元222、編碼單元223 ；所述采樣單元221對經(jīng)過預(yù)處理的聲納信號進行采樣，得到采樣信號；所述分析單元222對采樣信號做FFT運算，得到反映信號強度的值；所述編碼單元223對所得到的反映信號強度的值做偽彩色編碼，即根據(jù)物體的反射系數(shù)找出每個點最適合顯示的顏色，從而生成二維圖像數(shù)據(jù)。
[0053]所述格式轉(zhuǎn)換模塊23對二維圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠在視頻眼鏡3上顯示的數(shù)據(jù)格式，如16位的RGB值。
[0054]所述存儲模塊24用于存儲所述信號處理模塊22所生成的二維圖像數(shù)據(jù)。所述存儲模塊24是SD卡。
[0055]所述控制模塊25提供多種類型的控制功能，包括對成像距離、信號增益、成像范圍角度進行控制，以及整個聲納系統(tǒng)的啟動與關(guān)閉。所述成像距離是本發(fā)明的聲納所要探測的量程，所述聲納探測量程取決于收發(fā)合置換能器12所發(fā)出的聲納信號的脈沖長度，以及收發(fā)合置換能器12發(fā)射、接收信號的時間間隔，控制模塊25可對收發(fā)合置換能器12發(fā)出相應(yīng)的控制信號來實現(xiàn)對聲納探測量程的控制。在本實施例中，本發(fā)明的聲納提供了
1.5m、3m、12m、23m、50m、100m六個常用探測量程供潛水員進行選擇。根據(jù)不同的探測量程，收發(fā)合置換能器12發(fā)出不同脈沖長度的聲納信號，以及設(shè)置對回波信號不同的接收時間間隔。所述信號增益用于增強或衰減回波信號，從而控制聲納圖像的清晰度，其可選取的范圍為-10?30dB。控制模塊25對信號處理模塊22發(fā)出相應(yīng)的控制信號來實現(xiàn)對接收到的信號的增益控制。所述成像范圍角度反映了合置換能器12所發(fā)出的聲納信號對外部環(huán)境的掃描范圍，控制模塊25發(fā)出控制信號到步進電機11，控制步進電機11的轉(zhuǎn)動角度，從而控制成像范圍角度。所述系統(tǒng)的啟動與關(guān)閉，由控制模塊25發(fā)出相應(yīng)控制信號來實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動與關(guān)閉。
[0056]所述電源26用于為控制盒2中的其余模塊以及聲納頭1、視頻眼鏡3提供電能。
[0057]所述視頻眼鏡3從控制盒2接收二維圖像數(shù)據(jù)后，根據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)生成二維圖像。圖5為在一個實施例中，視頻眼鏡3的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，視頻眼鏡3包括鏡片31、放大組件32、微型顯示器33，三者在視頻眼鏡筒34內(nèi)依次排列，在本實施例中，根據(jù)本發(fā)明實際應(yīng)用情況，本發(fā)明中微型顯示器33的視場角設(shè)計為28.5°，放大組件32放大倍數(shù)設(shè)計為10X，視頻眼鏡具有調(diào)焦功能，可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)焦距，以使得視覺效果最佳，且具有水密抗壓能力。視頻眼鏡3通過水密接頭35與水密電纜連接，通過水密電纜從控制盒2得到二維圖像數(shù)據(jù)，微型顯示屏33根據(jù)二維圖像數(shù)據(jù)生成二維圖像，用戶的目光通過鏡片31和放大組件32可以看到放大了 10倍的微型顯示器33上的反映外部環(huán)境的二維圖像。所述視頻眼鏡3應(yīng)當(dāng)具有良好的水密性。所述微型顯示器33可采用市場上已有的VGA-045微型顯示器。
[0058]本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納在使用時，將聲納頭I安裝在潛水員的頭盔上(如通過支架或頭帶安裝)，將視頻眼鏡3安裝在潛水員頭盔的眼部，將控制盒2安放在腰間或胸前等潛水員認為方便的位置，將聲納頭1、視頻眼鏡3分別通過水密電纜與控制盒2連接。若有需要，還可將控制盒2通過水密電纜與安放在陸地上的外接顯示設(shè)備相連。
[0059]潛水員在水下工作時，本發(fā)明的頭盔式彩色圖像聲納的工作過程如下:
[0060]步驟I)、潛水員通過控制盒2開啟電源開關(guān)，并對成像距離、信號增益、掃描角度范圍進行設(shè)置。
[0061]步驟2)、聲納頭I中的收發(fā)合置換能器12接收到命令后即開始向外發(fā)射聲脈沖。聲脈沖由前方目標(biāo)反射后被收發(fā)合置換能器12接收，產(chǎn)生扇形顯示圖像的一線聲納信號，所產(chǎn)生的聲納信號傳輸?shù)娇刂坪?中。
[0062]在本實施例中，假定收發(fā)合置換能器12發(fā)射的脈沖是寬度為τ、發(fā)射間隔為Τ、中心頻率為&的正弦信號。選定的成像距離為D,信號增益為R,成像范圍角為Θ。
[0063]步驟3)、控制盒2對聲納信號做放大、濾波等預(yù)處理，然后對聲納信號進行采樣，得到采樣信號；采樣信號經(jīng)FFT運算后，得到反映信號強度的值，將這些值進行偽彩色編碼，生成扇形顯示圖像數(shù)據(jù)的一條線并存儲。
[0064]步驟4)、聲納頭I中的步進電機11按照設(shè)定的角度(如本實施例中所提到的0.45度)旋轉(zhuǎn)，在每個角度重復(fù)步驟2)、步驟3)，形成扇形顯示圖像數(shù)據(jù)中的一條線，將各條線的數(shù)據(jù)拼接后得到所述扇形顯示圖像數(shù)據(jù)；
[0065]例如，在步驟I)中所設(shè)置的掃描角度范圍為O —150度，每次旋轉(zhuǎn)的遞進角度為
0.45度，則在本步驟中共形成333條線的數(shù)據(jù)，這333條線的數(shù)據(jù)拼接后生成扇形顯示圖像數(shù)據(jù)。
[0066]步驟5)、對控制盒2所得到的二維圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的工作方式有不同的后續(xù)處理。所述工作方式包括:(I)水下無需和陸面相連，即位于陸地的外接顯示設(shè)備與控制盒2斷開連接，潛水員獨立自主作業(yè)，此時只有視頻眼鏡3顯示圖像，只供潛水員觀測；(2)水下和陸面相連，即位于陸地的外接顯示設(shè)備與控制盒2連接，此時視頻眼鏡3和外接顯示設(shè)備雙顯示，潛水員與陸面人員可以同時對水下環(huán)境進行觀察，同時，陸上人員可以通過陸上顯示設(shè)備配備的鍵盤向潛水員發(fā)送信息，這些信息會滾動顯示在視頻眼鏡上，潛水員可以看到。
[0067]當(dāng)外接陸上顯示設(shè)備與控制盒2斷開時，二維圖像數(shù)據(jù)只進行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為可以在視頻眼鏡3中顯示的數(shù)據(jù)格式，并將信號傳輸?shù)揭曨l眼鏡3中；當(dāng)外接陸上顯示設(shè)備與控制盒2連接時，二維圖像數(shù)據(jù)分為兩路進行傳輸，一路直接傳輸?shù)酵饨雨懮显O(shè)備進行顯示，無需格式轉(zhuǎn)換，同時，外接陸上顯示設(shè)備可以通過配備的鍵盤向下給潛水員發(fā)送信息，信息會顯示在潛水員佩戴的視頻眼鏡上，另一路經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后，傳輸給視頻眼鏡3進行顯示。
[0068]最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，包括聲納頭(I)、控制盒(2)、視頻眼鏡(3)；其中，所述聲納頭(I)能夠安裝在頭盔上，所述視頻眼鏡(3)能夠安裝在所述頭盔的眼部；所述聲納頭(I)通過水密電纜連接到控制盒(2 )，所述控制盒(2 )還通過水密電纜與視頻眼鏡(3)相連； 所述聲納頭(I)在控制盒(2)的控制下向外部環(huán)境發(fā)射聲納信號并接收回波信號；所述控制盒(2)對聲納頭(I)所輸出的聲納回波信號進行處理，從中提取出外部環(huán)境的信息，然后將其轉(zhuǎn)換為二維圖像數(shù)據(jù)；所述二維圖像數(shù)據(jù)在所述視頻眼鏡(3)上顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，所述聲納頭(I)包括步進電機(11)、收發(fā)合置換能器(12)、傳動軸(13);其中，所述步進電機(11)通過傳動軸(13)與所述收發(fā)合置換能器(12 )相連；所述步進電機(11)在一定角度之間往復(fù)轉(zhuǎn)動，進而通過傳動軸(13)帶動所述收發(fā)合置換能器(12)在該角度范圍之間往復(fù)轉(zhuǎn)動；所述收發(fā)合置換能器(12)在所述角度范圍內(nèi)每隔一定的較小角度發(fā)射及接收一次聲納信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，所述收發(fā)合置換能器(12)包括一條形壓電陶瓷換能器(121)、半圓形殼體(122)以及引線軸(123);所述條形壓電陶瓷換能器(121)位于所述半圓形殼體(122)內(nèi)，在所述半圓形殼體(122)的下端安裝有所述引線軸(123)，所述引線軸(123)與所述傳動軸(13)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所 述的頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，所述聲納頭(I)的最外側(cè)包括有用于保護步進電機(11)部分傳動軸(13)的殼體，該殼體具有水密性，且能使得所述傳動軸(13)轉(zhuǎn)動靈活。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，所述控制盒(2)包括:信號預(yù)處理模塊(21)、信號處理模塊(22)、格式轉(zhuǎn)換模塊(23)、存儲模塊(24)、控制模塊(25)、電源(26)以及盒體(27);其中， 所述信號預(yù)處理模塊(21)對所接收的聲納回波信號做包括放大、濾波在內(nèi)的預(yù)處理操作，所述信號處理模塊(22)將經(jīng)過預(yù)處理的信號做采樣、分析以及偽彩色編碼，得到二維圖像數(shù)據(jù)；所述格式轉(zhuǎn)換模塊(23)將二維圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠在所述視頻眼鏡(3)上顯示的數(shù)據(jù)格式；所述存儲模塊(24)用于存儲所述二維圖像數(shù)據(jù)；所述控制模塊(25)對成像距離、信號增益、成像范圍角度進行控制，以及控制聲納的啟動與關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，所述控制盒(2)還包括與外部陸上顯示設(shè)備相連接的接口，通過該接口，所述控制盒(2 )能夠?qū)⑺龆S圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到外部陸上顯示設(shè)備，還能夠?qū)⒂脩敉ㄟ^外部陸上顯示設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)顯示到所述視頻眼鏡(3)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，所述信號處理模塊(22 )進一步包括采樣單元(221)、分析單元(222)、編碼單元(223);所述采樣單元(221)對經(jīng)過預(yù)處理的聲納信號進行采樣，得到采樣信號；所述分析單元(222)對采樣信號做FFT運算，得到反映信號強度的值；所述編碼單元(223)對所得到的反映信號強度的值做偽彩色編碼，即根據(jù)物體的反射系數(shù)找出每個點最適合顯示的顏色，從而生成二維圖像數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭盔式彩色圖像聲納，其特征在于，所述視頻眼鏡(3)包括鏡片(31)、放大組件(32)、微型顯示器(33)，三者在視頻眼鏡筒(34)內(nèi)依次排列；其中，所述微型顯示器(33)根據(jù)所接收到的二維圖像數(shù)據(jù)生成二維圖像，用戶的目光通過鏡片(31)與放大組件(32)在所述微型顯示器(33)上看到能夠反映外部環(huán)境的二維圖像；所述視頻眼鏡筒(34)具有水密性。
9.基于權(quán)利要求1-8之一所述的頭盔式彩色圖像聲納所實現(xiàn)的成像方法，包括: 步驟I)、潛水員通過控制盒(2)開啟電源開關(guān)，并對成像距離、掃描角度范圍、信號增益進行設(shè)置； 步驟2)、所述聲納頭(I)中的收發(fā)合置換能器(12)接收到命令后開始向外發(fā)射聲脈沖；聲脈沖由前方目標(biāo)反射后被所述收發(fā)合置換能器(12)接收，產(chǎn)生扇形顯示中的一線聲納信號，所產(chǎn)生的聲納信號傳輸?shù)剿隹刂坪?2)中； 步驟3)、所述控制盒(2)對聲納信號包括放大、濾波在內(nèi)的預(yù)處理，然后對聲納信號進行采樣，得到采樣信號；采樣信號經(jīng)FFT運算后，得到反映信號強度的值，將這些值進行偽彩色編碼，生成扇形顯示圖像數(shù)據(jù)的一條線并存儲； 步驟4)、聲納頭(I)中的步進電機(11)按照設(shè)定的角度旋轉(zhuǎn)，在每個角度重復(fù)步驟2)、步驟3)，形成扇形顯示圖像數(shù)據(jù)中的一條線，將聲納頭(I)在各個旋轉(zhuǎn)角度所得到的各條線的數(shù)據(jù)拼接后得到所述扇形顯示圖像數(shù)據(jù)； 步驟5)、當(dāng)外接陸上顯示設(shè)備與所述控制盒(2)斷開時，上述扇形顯示圖像數(shù)據(jù)只進行格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為能夠在視頻眼鏡(3)中顯示的數(shù)據(jù)格式，并將信號傳輸?shù)揭曨l眼鏡(3)中；當(dāng)外接陸上顯示設(shè)備與所述控制盒(2)連接時，二維圖像數(shù)據(jù)分為兩路進行傳輸，一路直接傳輸?shù)酵饨雨懮巷@示設(shè)備進行顯示，同時，外接陸上顯示設(shè)備給潛水員發(fā)送信息，所發(fā)送的信息顯示在潛水員佩戴 的視頻眼鏡(3)上，另一路經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后，傳輸給所述視頻眼鏡(3)進行顯示。
【文檔編號】G02B27/01GK103869323SQ201410131019
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】王靜, 楊景華 申請人:王靜