1.1前言
隨著開(kāi)發(fā)海洋、江河與湖泊科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，水下工程的規(guī)模越來(lái)越大，水下攝像機(jī)監(jiān)控已成為開(kāi)發(fā)水域的眼睛，其應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。
由于超聲波技術(shù)的進(jìn)步，過(guò)去利用聲納等進(jìn)行水中情況的調(diào)查觀(guān)測(cè)相當(dāng)普遍，但這些都是間接觀(guān)測(cè)的方法。而直接觀(guān)測(cè)可用潛水員或潛水調(diào)查船以及水中攝影等方法，但這些方法存在著要訓(xùn)練潛水員，且水深只能在50米以?xún)?nèi)，因而有代價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)以及不能即時(shí)反映實(shí)況等不足之處。由此發(fā)展了水下攝像機(jī)監(jiān)控，它在安全性、及時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性等方面極為出色，而且可與VIDEO機(jī)、水中攝像機(jī)配合使用，得到更佳效果。
近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展以及各種新型的攝像元器件的不斷出現(xiàn)，低照度和耐輻照的水下攝像機(jī)攝像機(jī)正在惡劣環(huán)境下得到廣泛的應(yīng)用。紅外、變焦距、廣角和旋轉(zhuǎn)式以及仰角遙控鏡頭等特殊光學(xué)系統(tǒng)也提高了水下攝像機(jī)監(jiān)控的性能，并擴(kuò)大了它的實(shí)用范圍。
水下攝像機(jī)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，主要是發(fā)展遙控式水下攝像機(jī)車(chē)（自游式水下攝像機(jī)），水下攝像機(jī)攝像機(jī)的小型化，并研制激光電視、超聲波電視和耐輻照電視等。今后隨著海洋等水域事業(yè)的不斷發(fā)展，水下攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將越來(lái)越成為*的重要工具。
1.2水下攝像機(jī)監(jiān)控的作用
水下攝像機(jī)監(jiān)控主要用于水下作業(yè)的監(jiān)視，在目前，已用于下列幾個(gè)領(lǐng)域：
（1）海中土建工程：礁盤(pán)和海底情況的初步調(diào)查，工程管理，完成情況的檢查，以及作為水中推土機(jī)等水下作業(yè)的輔助設(shè)備。
（2）水中資源的調(diào)查、觀(guān)測(cè)，海底礦物，海底油田以及珍珠、珊瑚和各種海藻的調(diào)查研究。
（3）漁業(yè)方面：在某特定水域設(shè)置的魚(yú)網(wǎng)及人工魚(yú)礁的實(shí)際情況調(diào)查，魚(yú)群的探測(cè)等。
（4）沉船的調(diào)查，打撈過(guò)程的監(jiān)視以及對(duì)所需修理船艦水下部分的檢查和估價(jià)等。
（5）水力發(fā)電水下淤泥的監(jiān)察和發(fā)電廠(chǎng)給水管線(xiàn)內(nèi)部的檢查和焊接。
（6）江河與水庫(kù)堤壩的監(jiān)察及其他水下建筑設(shè)施的定期檢查。
（7）潛艇水下偵察。
（8）核電站用的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)察設(shè)備。
水下攝像機(jī)監(jiān)控技術(shù)上的各種問(wèn)題隨用途、目的而有種種不同，一般要考慮下列幾個(gè)問(wèn)題：
1.3水中光的吸收和散射對(duì)圖象質(zhì)量的影響
水下攝像機(jī)監(jiān)控在光學(xué)方面與陸地上使用的電視監(jiān)控有兩點(diǎn)不相同：
（1）光的衰減非常之大；
（2）由于水中存在各種污濁物，使得光的散射現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。
上述兩點(diǎn)是左右電視圖象質(zhì)量的根本問(wèn)題，在水中，光的衰減現(xiàn)象隨水的性質(zhì)以及浮游生物和其他懸浮物的不同而不同，并且隨光的波長(zhǎng)而變化，對(duì)于第1個(gè)問(wèn)題，若僅僅是光的衰減現(xiàn)象的話(huà)，用加強(qiáng)光源即可解決?？墒牵瑢?duì)第二點(diǎn)光的散射現(xiàn)象卻隨光的增強(qiáng)而增大，在水中懸浮物比較多的情況下進(jìn)行攝影，就象地面上霧很大一樣，波長(zhǎng)長(zhǎng)的光衰減非常大，這種現(xiàn)象與在空氣中正好相反，在一般空氣中，λ越大，衰減越小，故在這種場(chǎng)合波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，能達(dá)到的地方越遠(yuǎn)，紅外線(xiàn)攝影能特別有效地?cái)z取很遠(yuǎn)的東西，但紅外攝影不能通過(guò)霧或雨，因?yàn)榧t光在水中將被吸收。由于在水中光的衰減比在空氣中大，特別是波長(zhǎng)長(zhǎng)的光衰減大，故產(chǎn)生了光源的選擇問(wèn)題。
在水中，光的散射現(xiàn)象多數(shù)是由于水中浮游生物，塵土，懸浮物等的存在，通常是由膠體粒子的存在而造成。光在水中前進(jìn)過(guò)程中，由于吸收造成的衰減與由于散射造成的衰減，即使在非常干凈的、透明的水中，光的衰減也有60%是散射造成的，40%是吸收造成的，所以說(shuō)在水中光的衰減很大一部分是散射造成的。
1.4水下照明光源的選擇及其放置問(wèn)題
一般來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)是只能達(dá)到水下20~30米，因此水深20~30米以上都應(yīng)使用人工照明，而在透明度惡劣的海域，不到這個(gè)深度也需照明。
（1）光源的選擇
由于在水中波長(zhǎng)長(zhǎng)的光衰減大，因此，選擇波長(zhǎng)短的光源可獲得更佳的照明效果。但是，在透明度較差的港灣和河川中，應(yīng)選擇波長(zhǎng)適中的光源，在水中污濁物質(zhì)多的時(shí)候，光的散射也多。這樣便要把海洋的場(chǎng)所與狀態(tài)二者結(jié)合起來(lái)綜合考慮光源的選擇。
白熾燈輻射光的主要區(qū)域是紅光，對(duì)特殊設(shè)計(jì)的水下攝像機(jī)攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，效率非常低，目前使用的光源主要有dian素石英燈，水銀燈，以及氙燈等。輻射的光能大部分集中在藍(lán)與綠范圍內(nèi)，水對(duì)它吸收很少。水下攝像機(jī)采用這種光源與白熾燈相比，在相同的功率條件下，效率在六倍以上。水銀燈效率也很高。由于它能發(fā)出在水中易通過(guò)的藍(lán)綠色光，因此也得到廣泛應(yīng)用。水對(duì)光的光譜吸收相當(dāng)于加一藍(lán)色濾色鏡，引起圖像的彩色失真，故對(duì)彩色攝像影響較大，要考慮加以補(bǔ)償，對(duì)于一般的黑白電視攝像則不存在這個(gè)問(wèn)題。
（2）照明燈的位置和照射方向的考慮
在水中，光的吸收和散射會(huì)嚴(yán)重地影響到圖像質(zhì)量，因此，除了考慮光源的選擇外，對(duì)照明的位置和照射方向也要作種種考慮。
在水中，被攝物體的照度與至光源距離的平方成反比。另外，被攝物體的反射系數(shù)越大，則越亮。因?yàn)榧词构庠醋兊梅浅?qiáng)，但由于懸浮微粒的暈光作用也變強(qiáng)，要透過(guò)很遠(yuǎn)距離就有困難，為此，照明光源的位置要盡量設(shè)置在被攝物體附近。
1.5水下攝像機(jī)、鏡頭與信號(hào)傳遞方式的選擇
（1）水的折射與光學(xué)系統(tǒng)的選擇
由于水的折射比空氣大，電視攝像機(jī)的畫(huà)面視角在水中要比在空氣中窄四分之一。為空氣中的四分之三。為了能在較廣泛范圍內(nèi)觀(guān)察被攝物體，水下攝像機(jī)的攝像機(jī)必須選擇廣角透鏡。另外，透鏡要求有盡可能高的透射率。
（2）靈敏度和攝像機(jī)的選擇
由于水中亮度不夠，用人工照明加以補(bǔ)償這是可以的。但是，提高攝像機(jī)本身的靈敏度也是十分重要的，因此需要考慮攝像機(jī)的選擇問(wèn)題。
過(guò)去一般都采用調(diào)整簡(jiǎn)便的光導(dǎo)攝像管。但它在圖像殘留，靈敏度方面有不足之處。目前多采用CCD攝像機(jī)，由于它具有體積小、重量輕、功耗低，可靠性好，無(wú)燒傷現(xiàn)象，能抗震以及光譜響應(yīng)寬等優(yōu)點(diǎn)，正被廣泛地應(yīng)用。而且由于種類(lèi)多，還可以挑選高靈敏度的CCD攝像機(jī)。
（3）視頻信號(hào)傳遞方式的考慮
水下攝像機(jī)攝像機(jī)的機(jī)動(dòng)性要比陸地上差得多，所以視頻信號(hào)的傳送要作多種考慮。圖像信號(hào)的傳送通常使用同軸電纜，電視攝像機(jī)的圖像信號(hào)的帶寬通常從直流到數(shù)兆赫，在數(shù)公里的深處使用時(shí)，要提高由攝像機(jī)發(fā)送信號(hào)的高頻電平。在接收端也同樣采取高頻補(bǔ)償?shù)霓k法。深度再深，則要考慮采取調(diào)頻方法或脈碼調(diào)制辦法，以防止在傳輸途中信號(hào)惡化。
此外，窄帶系統(tǒng)也可考慮使用超聲波傳送圖像，或用激光傳送。
1.6水下防腐問(wèn)題的考慮
水密箱的材料必須耐腐蝕，對(duì)于攜帶型的攝像機(jī)，為達(dá)到輕量的目的，使用耐腐蝕性輕質(zhì)合金。對(duì)懸浮型攝像機(jī)，則使用黃銅或不銹鋼。對(duì)耐輻照型攝像機(jī)，其外殼使用耐輻照性能好的不銹鋼作為殼體，并能防腐蝕。在結(jié)構(gòu)上需采取端面密封的形式以達(dá)到水密性能的要求，如果是采用翻砂鑄造的，氣泡損壞水密的情況很多，因此還要采用環(huán)氧樹(shù)脂浸復(fù)工藝處理。
水下攝像機(jī)攝像機(jī)每次使用后要用清水洗滌以免腐蝕，長(zhǎng)期放置海中的則用不銹鋼為好。連續(xù)使用二個(gè)月的水下攝像機(jī)攝像機(jī)，為了不致腐蝕到箱體本身，可加上一個(gè)可調(diào)換的電極，外加一直流偏置電壓。由于攝像機(jī)的電纜，被覆的小孔隙會(huì)損壞水密性，故需使用氯丁乙烯橡膠被覆。在600米以上的深海使用時(shí)，電纜芯線(xiàn)的填充材料要求用剛性很強(qiáng)的材料。在撓性方面也要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

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