[发明专利]一种头盔式彩色图像声纳及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下探测设备，特别涉及一种头盔式彩色图像声纳及其成像方法。

背景技术

我国境内的河流、湖泊众多，海岸线长，河流和湖泊水下环境复杂，且河水中普遍存在含沙量大的特点，导致水质混浊，而海水水下能见度低，这些都为潜水员水下作业增加了困难和危险性。目前，潜水员在进行潜水作业时，常用的观察方式是依靠强光灯的视力观察，但是在光线不足以及浑水中，人眼可观测视野极小，且使用强光灯不仅不方便，而且不安全。为了解决这个问题就出现了水下成像声纳设备。

现有的水下成像声纳设备主要有两种形式，一种是手持式，由潜水员双手持手柄使用，其缺点是显而易见的：潜水员的双手被束缚住了，不仅不利于水下作业，对潜水员的安全也是很大的威胁；另一种则固定于UUV等各种水下航行器或水下工作平台，其缺点是：由于体积大，装配复杂，很难与各种工作平台相匹配。若能提供一种体积小、重量轻、方便装配和使用的水下声纳成像设备将有助于潜水作业的实现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的水下成像声纳设备体积大、装配复杂，不便携带的缺陷，从而提供一种供潜水员使用的头盔式彩色图像声纳。

为了实现上述目的，本发明提供了一种头盔式彩色图像声纳，包括声纳头1、控制盒2、视频眼镜3；其中，所述声纳头1能够安装在头盔上，所述视频眼镜3能够安装在所述头盔的眼部；所述声纳头1通过水密电缆连接到控制盒2，所述控制盒2还通过水密电缆与视频眼镜3相连；

所述声纳头1在控制盒2的控制下向外部环境发射声纳信号并接收回波信号；所述控制盒2对声纳头1所输出的声纳回波信号进行处理，从中提取出外部环境的信息，然后将其转换为二维图像数据；所述二维图像数据在所述视频眼镜3上显示。

上述技术方案中，所述声纳头1包括步进电机11、收发合置换能器12、传动轴13；其中，所述步进电机11通过传动轴13与所述收发合置换能器12相连；所述步进电机11在一定角度之间往复转动，进而通过传动轴13带动所述收发合置换能器12在该角度范围之间往复转动；所述收发合置换能器12在所述角度范围内每隔一定的较小角度发射及接收一次声纳信号。

上述技术方案中，所述收发合置换能器12包括一条形压电陶瓷换能器121、半圆形壳体122以及引线轴123；所述条形压电陶瓷换能器121位于所述半圆形壳体122内，在所述半圆形壳体122的下端安装有所述引线轴123，所述引线轴123与所述传动轴13相连。

上述技术方案中，所述声纳头1的最外侧包括有用于保护步进电机11、部分传动轴13的壳体，该壳体具有水密性，且能使得所述传动轴13转动灵活。

上述技术方案中，所述控制盒2包括：信号预处理模块21、信号处理模块22、格式转换模块23、存储模块24、控制模块25、电源26以及盒体27；其中，

所述信号预处理模块21对所接收的声纳回波信号做包括放大、滤波在内的预处理操作，所述信号处理模块22将经过预处理的信号做采样、分析以及伪彩色编码，得到二维图像数据；所述格式转换模块23将二维图像数据转换为能够在所述视频眼镜3上显示的数据格式；所述存储模块24用于存储所述二维图像数据；所述控制模块25对成像距离、信号增益、成像范围角度进行控制，以及控制声纳的启动与关闭。

上述技术方案中，所述控制盒2还包括与外部陆上显示设备相连接的接口，通过该接口，所述控制盒2能够将所述二维图像数据发送到外部陆上显示设备，还能够将用户通过外部陆上显示设备发送的数据显示到所述视频眼镜3上。

上述技术方案中，所述信号处理模块22进一步包括采样单元221、分析单元222、编码单元223；所述采样单元221对经过预处理的声纳信号进行采样，得到采样信号；所述分析单元222对采样信号做FFT运算，得到反映信号强度的值；所述编码单元223对所得到的反映信号强度的值做伪彩色编码，即根据物体的反射系数找出每个点最适合显示的颜色，从而生成二维图像数据。

上述技术方案中，所述视频眼镜3包括镜片31、放大组件32、微型显示器33，三者在视频眼镜筒34内依次排列；其中，所述微型显示器33根据所接收到的二维图像数据生成二维图像，用户的目光通过镜片31与放大组件32在所述微型显示器33上看到能够反映外部环境的二维图像；所述视频眼镜筒34具有水密性。

本发明还提供了基于所述的头盔式彩色图像声纳所实现的成像方法，包括：

步骤1）、潜水员通过控制盒2开启电源开关，并对成像距离、扫描角度范围、信号增益进行设置；