一种用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置的制作方法

1.本发明涉及图像采集技术领域，特别是涉及一种用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置。


背景技术：

2.早期江河的水下鱼类图像采集主要依靠人工操作，人工遥控水下摄像机获取水下鱼类图像后，通过线缆将水下的图像传送至上位机。
3.近年来，随着无人机技术的迅速发展，将无人机技术用到水下图像采集成为了行业趋势。无人机配备主控器及各传感器，通过遥控器或设定航线对无人机进行操控，无人机应用到水下主要是解决防水及水下信号传输的问题。
4.水下无人机目前主要有两种，一种是有线缆的水下无人机，另一种是无缆的水下无人机。有线缆的水下无人机上配备深度传感器、陀螺仪、罗盘、加速度计、主控制器、水下马达等模块，人们在陆地上通过遥控器来操作水下无人机，摄像头图像通过线缆实时传送至上位机，通过水下无人机即可实现一定范围内水域的全方位图像采集。无缆的水下无人机结构类似潜水艇，配备水下无线通信系统、定位系统及避障系统，主要用于深海自主图像采集，对鱼类干扰大，不适合江河环境。
5.因此，为减小对鱼类的扰动，提供一种自动采集江河鱼类图像的无缆式系统是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置，以通过无缆方式解决了江河水下鱼类图像自动采集的问题，进而在提高图像采集效率和清晰度的同时，减少对江河鱼类的扰动。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置，包括：
9.无人机机体；
10.定位系统，装载在所述无人机机体上，用于获取所述无人机机体的位置数据和所述无人机机体所处位置的水下深度数据；
11.避障系统，装载在所述无人机机体上，用于探测所述无人机机体运动前方是否存在障碍物，当存在障碍物时还用于确定无人机机体和障碍物间的距离；
12.拍摄系统，装载在所述无人机机体上，用于拍摄水下图像；
13.运动控制系统，装载在所述无人机机体上，与所述定位系统、所述避障系统和所述拍摄系统连接，用于根据所述无人机机体的位置数据、所述无人机机体所处位置的水下深度数据以及所述无人机机体和障碍物间的距离生成控制指令；所述控制指令包括：定位系统的开闭指令、水下避障系统的开闭指令、拍摄系统的开闭指令、信号传输指令以及无人机机体进行设定运动的指令；所述设定运动包括：转向、下潜和直线航行；
14.通信系统，装载在所述无人机机体上，分别与所述运动控制系统和所述拍摄系统连接，用于依据所述运动控制系统生成的信号传输指令无线传输所述拍摄系统拍摄得到的水下图像和控制信号。
15.优选地，所述定位系统包括：
16.惯性导航模块，由陀螺仪、加速度计、罗盘组成，装载在所述无人机机体上，用于所述无人机机体的导航与定位。
17.usbl水下定位系统，由发射换能器、应答器、接收基阵组成，用于确定水下无人机的水下位置；所述应答器装载在所述无人机机体上，所述发射换能器与所述接收基阵均位于水面上。
18.深度传感器，装载在所述无人机机体上，与所述运动控制系统连接，用于获取所述无人机机体所处位置的水下深度数据。
19.优选地，所述避障系统包括：
20.声呐探测器，装载在所述无人机机体上，与所述运动控制系统连接，用于收发声呐探测信号，并用于根据声呐探测信号确定所述无人机机体运动前方是否存在障碍物，当存在障碍物时还用于根据声呐探测信号确定无人机机体和障碍物间的距离。
21.优选地，所述运动控制系统包括：
22.加速度计，装载在所述无人机机体上，用于测定无人机机体运动的加速度；
23.罗盘，装载在所述无人机机体上，用于测定所述无人机机体运动的方向；
24.压力传感器，装载在所述无人机机体上，用于测定无人机机体所处位置的压力数据；
25.温度传感器，装载在所述无人机机体上，用于测定无人机机体所处环境的温度数据；
26.驱动器，装载在所述无人机机体上，用于驱动无人机机体进行运动；
27.控制模块，分别与所述加速度计、所述罗盘、所述压力传感器、所述温度传感器、所述驱动器、所述定位系统、所述避障系统、所述拍摄系统和所述通信系统连接，用于生成所述控制指令。
28.优选地，所述驱动器包括：
29.马达，装载在所述无人机机体上，用于为所述无人机机体提供运动动力；
30.电子调速计，分别与所述控制模块和所述马达连接，用于依据所述控制模块产生的控制指令控制所述马达的转速。
31.优选地，还包括：
32.照明灯，装载在所述无人机机体上。
33.优选地，还包括：
34.供电系统，装载在所述无人机机体上，用于提供电能。
35.优选地，所述供电系统包括：
36.电池，装载在所述无人机机体上，用于为所述定位系统、所述避障系统、所述拍摄系统、所述运动控制系统、所述通信系统和所述照明灯提供作业过程所需的电能；
37.电压电流传感器，装载在所述无人机机体上，分别与所述电池和所述运动控制系统连接，用于实时测量所述电池的电压与电流；
38.所述运动控制系统根据所述电压与所述电流确定续航时间。
39.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
40.本发明提供的用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置，通过采用运动控制系统，可以使装载有拍摄系统、定位系统、避障系统、通信系统等部件的无人机机体，自主完成水下拍摄任务，以实现在节省人力的前提下，通过无缆方式解决了江河水下鱼类图像自动采集的问题，进而在提高图像采集效率和清晰度的同时，减少对江河鱼类的扰动。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本发明提供的用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置的结构示意图；
43.图2为本发明实施例提供的运动控制系统的结构示意图；
44.图3为本发明提供的用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置的作业流程图。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.本发明的目的是提供一种用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置，以通过无缆方式解决了江河水下鱼类图像自动采集的问题，进而在提高图像采集效率和清晰度的同时，减少对江河鱼类的扰动。
47.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
48.如图1所示，本发明提供的用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置，包括：无人机机体1、定位系统2、避障系统3、拍摄系统4、运动控制系统5和通信系统6。
49.其中，定位系统2装载在无人机机体1上，用于获取无人机机体1的位置数据和无人机机体1所处位置的水下深度数据。该定位系统2主要是提供无人机机体1水下的xy方向的位置数据及水下深度数据，配合地面基站，与地面站上设定值进行差值化处理，然后传输给运动控制系统5，运动控制系统5根据这些差值进行运算，使无人机机体1的水下位置能达到规定的要求。其具体结构参见下文描述。
50.避障系统3装载在无人机机体1上，用于探测无人机机体1运动前方是否存在障碍物，当存在障碍物时还用于确定无人机机体1和障碍物间的距离。本发明中避障系统3采用声呐进行避障，声呐探测出前方是否存在障碍物及与障碍物的距离，运动控制系统5根据这些数据调整无人机机体1的水下运动及姿态，在完成航线任务的同时进行有效的避障。其具体结构参见下文描述。
51.拍摄系统4装载在无人机机体1上，用于拍摄水下图像。该拍摄系统4主要包括摄像
头模块，在完成水下图像的采集后，将实时的摄像数据存在存储卡内，或通过通信系统6传送给远程上位机。
52.运动控制系统5装载在无人机机体1上，与定位系统2、避障系统3和拍摄系统4连接，用于根据无人机机体1的位置数据、无人机机体1所处位置的水下深度数据以及无人机机体1和障碍物间的距离生成控制指令。控制指令包括：定位系统2的开闭指令、水下避障系统3的开闭指令、拍摄系统4的开闭指令、信号传输指令以及无人机机体1进行设定运动的指令。设定运动包括：转向、下潜和直线航行。其具体结构参见下文描述。
53.通信系统6装载在无人机机体1上，分别与运动控制系统5和拍摄系统4连接，用于依据运动控制系统5生成的信号传输指令无线传输拍摄系统4拍摄得到的水下图像和控制信号。该通信系统6能够为信号在水下的传输提供支撑，将信号传送至水面上的中继器后，中继器再将数据传送至上位机。
54.进一步，为了简化装置结构，降低生产成本，本发明上述采用的定位系统2优选包括：惯性导航模块、usbl水下定位系统和深度传感器(图中未示出)。
55.其中，惯性导航模块，由陀螺仪、加速度计、罗盘组成，装载在所述无人机机体上，用于所述无人机机体的导航与定位。
56.usbl水下定位系统，由发射换能器、应答器、接收基阵组成，用于确定水下无人机的水下位置。所述应答器装载在所述无人机机体上，所述发射换能器与所述接收基阵均位于水面上。
57.深度传感器装载在无人机机体1上，与运动控制系统5连接，用于获取无人机机体1所处位置的水下深度数据。
58.进一步，为了在完成水下图像拍摄任务的同时，能够进行有效避障和实现运动路径的规划，本发明上述采用的避障系统3优选包括：声呐探测器(图中未示出)。
59.声呐探测器装载在无人机机体1上，与运动控制系统5连接，用于收发声呐探测信号，并用于根据声呐探测信号确定无人机机体1运动前方是否存在障碍物，当存在障碍物时还用于根据声呐探测信号确定无人机机体1和障碍物间的距离。
60.进一步，如图2所示，本发明提供的运动控制系统5包括：加速度计5
‑
1、罗盘5
‑
2、压力传感器5
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6、温度传感器5
‑
3、驱动器5
‑
4和控制模块5
‑
5。具体的，陀螺仪(图中未示出)、加速度计5
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1和罗盘5
‑
2这3个部件为定位系统和运动控制系统的共用部件，在实际应用过程中，本领域技术人员不应将上述记载的定位系统和运动控制系统的具体结构作为唯一结构的限定。
61.其中，陀螺仪，装载在所述无人机机体上，用于测定无人机机体的角运动，可作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。
62.加速度计5
‑
1，装载在无人机机体1上，用于测定无人机机体1运动的加速度。
63.罗盘5
‑
2装载在无人机机体1上，用于测定无人机机体1运动的方向。
64.压力传感器5
‑
6装载在无人机机体1上，用于测定无人机机体1所处位置的压力数据。
65.温度传感器5
‑
3装载在无人机机体1上，用于测定无人机机体1所处环境的温度数据。
66.驱动器5
‑
4装载在无人机机体1上，用于驱动无人机机体1进行运动。
67.控制模块5
‑
5分别与加速度计5
‑
1、罗盘5
‑
2、压力传感器5
‑
6、温度传感器5
‑
3、驱动器5
‑
4、定位系统2、避障系统3、拍摄系统4和通信系统6连接，用于生成控制指令。
68.控制模块5
‑
5主要负责采集各部件检测得到的数据，进行处理后，使水下无人机能达到规定的运动要求。
69.为了能够对无人机机体1的具体运动速度进行有效控制，本发明中采用的驱动器5
‑
4优选包括：马达和电子调速计(图中未示出)。
70.其中，马达，装载在无人机机体1上，用于为无人机机体1提供运动动力。
71.电子调速计，分别与控制模块5
‑
5和马达连接，用于依据控制模块5
‑
5产生的控制指令控制马达的转速。
72.为了提高水下拍摄的清晰度和拍摄效率，本发明提供的用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置还优选包括：照明灯和供电系统。
73.该照明灯和供电系统均装载在无人机机体1上。照明灯和供电系统均与运动控制系统5连接。
74.当无人机机体1存在于水下光线低于预设值的环境时，运动控制系统5发送控制指令开启照明灯开始照明，这也能够打破拍摄时间的限制。其中光线强弱由装载在无人机机体1上的感光器进行测量。
75.其中，为了对整个无缆装置的巡航里程进行精确计算，本发明采用的供电系统优选包括：电池和电压电流传感器。
76.其中，电池装载在无人机机体1上，用于为所述定位系统、所述避障系统、所述拍摄系统、所述运动控制系统、所述通信系统和所述照明灯提供作业过程所需的电能。电池采用动力锂电池。
77.电压电流传感器装载在无人机机体1上，分别与电池和运动控制系统5连接，用于实时测量电池的电压与电流。
78.运动控制系统5根据电压与电流确定续航时间，以为拍摄工作提供时间参考。
79.下面，基于本发明上述提供的用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置的具体作业流程，对本发明与现有技术的具体区别进行进一步说明。
80.如图3所示，本发明提供的作业流程为：
81.作业过程：
82.(1)水下无人机系统准备就绪。
83.(2)以河面一侧岸边的某点为起点，水下无人机按预设路径向江河对岸行进，当避障系统检测到河岸时，水下无人机完成180
°
转向，同时下潜到一定深度，从江河对岸返回到岸边。
84.(3)当避障系统检测到岸边时，水下无人机再次完成180
°
转向，同时进一步下潜一定深度，继续向江河对岸行进。
85.(4)如此往复循环，从河面到河底，沿着江河的横截面以s型的预设路径前进。
86.(5)在整个前进过程中自动采集江河鱼类图像，返回水面上，检查图像是否满足要求。
87.若不满足就重复以上过程，直至拍摄得到的图像满足拍摄要求为止。
88.综上，本发明提供的用于江河鱼类图像自动采集的无缆式装置，相对于现有的有
线缆的水下无人机和潜水艇式的无缆自主航行的水下无人机而言，能够在减少人力参与的前提下，通过无线缆的方式，自动获取鱼类图像，减少干扰，有效完成鱼类图像采集。
89.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
90.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。