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　海洋开发、水下作业、大坝水下检查、水下科学试验以及军事应用等，常常需要

进行水下探测，随着现代传感器技术，特别是固体器件的发展，人们能够利用水下摄
像机获得高清晰的电视图像。水下电视有直观、实时的临场感，而且摄像机具有体积
小、分辨率高、易于操作控制等优点，近年来在水下观察、记录电视图像资料等方面
得到了越来越广泛的应用。世界上一些国家在开展这方面的研究开发工作，出现了许
多不同类型的水下电视摄像机［1］。710所多年来为水下机器人、水下科学试验、水下
探查和潜水员等研制了各种型号的水下电视摄像机，以及与之配套的各种水下灯具。
这些水下摄像机和灯具能够在各种水深情况下长时间稳定工作，各项性能指标达到国
际上同等设备的先进水平。
　　以下介绍的水下摄像系统是为水下科学试验而研制的，用于监控水下试验过程和
记录水下电视图像，供试验现场调试参考和对试验过程进行分析研究。水下摄像有其
特殊性，主要是光会受水的吸收等因素影响，在水中传播随距离增加按指数形式衰
减。水质不同，水中悬浮物对光的散射就不一样，光的衰减程度也不同［2］，一般情
况下在水中的衰减比空气中大一千倍左右。另外，散射作用使水下物体影像的对比度
下降，电视图像容易变得模糊，造成水下实际观察距离变小［3］。水下试验区域一般
都超出了一台水下电视摄像机的可视范围，为了拍摄试验物体水下姿态和运动的全过
程，必须采取多台摄像机合理布阵，才能够实现对水下试验物体运动过程进行连续的
电视监控。
　　由于上述因素，加上光在空气与水的分界面折射等因素影响，使得水下自然光照
条件很差，在深水区自然光的照明非常微弱，需要提供水下照明设备，来保证水下摄
像机的正常工作，水下照明装置就成了水下试验中必不可少的设备［4］。系统还需要
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配备布放升降机构、控制台和后期的电视编辑等设备。
2　系统的组成与工作过程
　　根据试验地点的情况，考虑到试验物体的运动基本上在预定轨迹±2 m的区域内，
摄像机与目标距离在5 m±2 m的情况下，在预定路线两侧每隔6 m安装一个升降机构，
每侧升降机构的数量由实际需要情况而定。升降机构由升降轨道、升降电机与绞车、
升降架等组成，每一个升降架上安装一台水下摄像机和两套水下照明灯具，同时在升
降架上安装一个水下电缆分配器。升降架由水面电动装置带动在升降导轨上上下移
动。每套水下设备通过一根水下专用电缆与控制室的设备连接，由控制室给水下设备
供电，水下视频信号、深度信号、漏水报警信号等也通过电缆传输给控制台显示出
来。控制室有控制台、录像机、电视画面分割器、监视器等，可以在控制室实时观
察、记录水下试验的电视图像。后期电视编辑制作系统由数字录像机、电视编辑站以
及彩色监视器等组成，可再现、分析水下试验物体的运动情况，对电视图像进行编辑
处理。水下电视摄像与照明系统示意框图如图1所示。
图1　水下电视摄像与照明系统示意图
　　系统的工作过程是：首先根据预定的水下试验物体运动轨迹，调整每一个升降机
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构，将水下摄像机和水下灯具布设在适当的深度。然后，给水下灯具和水下摄像机等
设备通电，在控制室观察水下摄像机的工作情况是否正常，并进一步调整水下设备的
位置。水下试验开始时录像机开始记录水下试验的电视图像，一轮试验完成后，可以
重放水下试验过程情况，对试验情况进行分析调整。试验全部完成后，所有的录像磁
带都可以在电视编辑系统上按试验要求资料可以各种格式的磁带、图片等形式存档。
3　水下电视摄像机
　　水下电视摄像机包括高灵敏度高分辨率彩色摄像头、超广角自动光圈镜头、耐压
水密防护罩、专为水下应用而特制的水密光窗等。防护罩内安装有漏水报警装置，漏
水时能及时自动切断电源，以确保试验设备和人员安全。深度传感器也安装在水密防
护罩内，用于测定摄像机在水下的深度。水下摄像机的主要参数见表1。
表1　水下摄像机主要参数
摄像单元彩色1/3英寸CCD
分辨率 470线
灵敏度 1Lux(F1.2)
水密光窗消像差
镜头 f=2.5mm自动光圈
水下 90°
4　水下照明灯具
　　水下照明灯具用于水下电视摄像的照明，在水下摄像范围内提供足够的照明强
度，以保证水下电视图像的质量，选用卤钨灯作为光源。水下灯具由不锈钢水密防护
壳体、石英玻璃水密光窗、漏电保护装置等组成。水下灯具具有寿命长、工作可靠、
性能稳定等特点，可以长时间连续工作。水下灯具的主要参数见表2。
表2　水下灯具主要参数
光源卤钨灯
水密光窗石英玻璃
光束开角 90°
寿命 8000h
5m照度 ≥50Lux
5　升降机构
　　升降机构用来布放和回收水下灯具及水下摄像机，通过电动机来调整灯具和摄像
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机在水中的深度，以便获得最佳水下摄像视场角。升降机构主要由水下部分和水上的
绞车两部分组成。水下部分包括两根固定滑轨、四个滑轮与滑轮连接杆组成的固定
架。水上部分包括电机、减速器、绞盘、转向滑轮等。绞盘连接在一根与标准减速器
的出轴相连的转轴上，钢缆跨过一个转向滑轮将升降架与绞盘连接起来，这样通过转
动绞盘，就可实现升降机构的升与降，使摄像机定位在精确位置。
6　电控部分
　　电控部分主要包括电源、控制台及电缆分配器等。系统供电从动力配电箱内引至
控制室，为保证人员与设备的安全及系统供电电压均衡，在控制室安装隔离变压器及
三相交流稳压器，为整个系统所有设备提供稳定安全的电源。
　　水下电缆分配器是一个具有水下密封性能的电缆四通盒，有一个电缆进线口和三
个出线口，既是将水下信号送到控制室，也是给水下设备供电和控制信号的中转点，
其中安装漏水报警装置。分配器安装在水下部分的升降架上。
　　控制台位于控制室，控制台主要是监控水下照明与摄像过程。系统所有设备的工
作情况和水下漏水报警，都可通过指示灯在控制台上显示出来。当灯具或摄像机漏水
时，继电器动作断开摄像机和灯具电源，同时控制台指示灯发光报警。
　　每一台水下摄像机的视频信号，都一一对应地接到控制室的DVCAM数字录像机
上，以便对水下试验情况进行实时录像记录。这些电视信号再接到一个画面分割器
上，在一台大屏幕监视器上同时显示多个画面，用于监视水下试验情况。
7　电视编辑系统
　　电视编辑制作系统采用DVCAM数字式编辑录像机、ES－7编辑站、彩色监视器、
通用格式录像机（SP BETACAM，S－VHS和VHS等）、视频打印机等。这套编辑系统
集特技、字幕以及调音等多项功能，是水下试验电视资料的高效编辑处理系统，能兼
容现行通用格式，整个系统的配置有利于以后的性能升级。
8　结论
　　水下摄像与照明系统采用多台摄像机水下布阵，对水下物体运动和动作的全过程
进行不间断观察，记录高清晰的电视图像。水下照明灯具工作稳定、寿命长，可以提
供足够的目标照度，保证水下摄像机摄取清晰的电视图像。漏水报警及断电保护装置
可保证人员与设备的安全。深度传感器能够测定摄像机在水下的深度。系统还包括自
动布放升降机构、控制台等设备。数字式录像与编辑系统具有多项功能，摄录编系统
配置考虑到与现行几种通用格式的兼容性，便于电视素材转换及系统今后的性能升
级。

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