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国产商用深海超高清网络摄像机问世

2021-01-15    来源:中国科学报

  不久前,嫦娥五号在月球“挖土”的场景,如探测器平稳落月、钻表取样、月面起飞、交会对接及样品转移等,通过特制镜头“捕捉”并顺利传回地球。这里的特制镜头是指特制探月超高清网络摄像机。

  如果说太空探测的摄像头主要需要考虑保持气压和保温因素,那么深海探测的摄像头则要考虑耐受高水压和弱光因素。日前,由杭州电子科技大学、浙江大华技术股份有限公司和杭州瀚陆海洋科技有限公司联合研制的我国拥有自主知识产权的商用深海高帧率超高清网络摄像机问世,并通过海上试验。

  “此款摄像机主要用于深海监控,工作水深可达6000米,可以支持马里亚纳海沟探测。”主持该项研发工作的杭州电子科技大学教授于海滨告诉《中国科学报》,此款摄像机由密封观察窗、镜头、成像机芯以及耐压壳体组成,可搭载在有视频监控需求的深海仪器与装备上。 

  关于密封观察窗,于海滨介绍道:“深海摄像机要考虑超高压、弱光源情境下的工作环境,所以摄像机镜头外围带了密封观察窗,主要是为了密封挡水和承受高压,而由于密封观察窗的存在,镜头设计需要考虑更多的因素。”。

  摄像机物镜的光学特性如果没有与密封观察窗和成像物体所处的水体环境相配合,有可能因视角小、放大率小、像差变化等导致成像发生畸变和模糊。因此,如何紧密围绕深海环境的光学特性完成摄像机物镜的光学分析,尤其是如何校正因密封观察窗的引入而导致的畸变和模糊,就成为高质量成像的关键。

  针对该问题,于海滨团队将镜头、密封观察窗以及外部海水环境作为一个整体进行光学设计和分析,通过整体光学系统的优化设计来获得最佳像质,以满足深海弱光成像对大视场、大相对孔径的需求。同时,高性能图像传感器、信号处理电路以及多种针对深海环境成像特点的前端ISP(互联网服务提供商)成像优化算法的引入,也对成像质量进行了“软硬兼施”的优化补偿。

  “深海探测中,超高清摄像机就好比研究人员的眼睛,摄像机在深海要克服弱光难题,不仅要靠摄像机自身的感光性能,还需要依靠辅助光源的引入,所以我们这款摄像机也会自带提供光源辅助成像的补光灯。”于海滨表示,这款深海高帧率超高清网络摄像机将填补商用国产深海摄像机领域的长期空白,由于其价格仅为国外同类设备的一半左右,有望打破国外垄断,为我国具有重大战略意义的深海视觉探测提供全国产自主解决方案。

  此外,深海超高清网络摄像机在浅海应用领域也能大显身手,比如海上救援、水下搜救、近海海洋环境监测、海水养殖、渔业捕捞等,进而将陆地上的视频监控网络延伸至水下世界。