视频影像探测杆 本发明涉及一种视频影像探测装置和探测方法。
本发明所属技术领域是：信息技术中视频影像和图像获取与处理。
一般性视频影像获取使用摄像机(或称摄像头)在可见光或红外光等环境下拍摄各类景物，这种一般性方法对于以下几种情况则无能为力：
①堆放的散装颗粒或粉状物内部场景，拍摄堆放物内部变化情况或异物情况；
②孔口不大的深孔、洞穴内部场景，其一无光线，二者摄像头无法进入；
③工业用各类管道内壁皱裂、锈蚀、结垢情况等。
为解决这些特殊用途、特殊环境下的视频影响获取，本发明的视频影像探测杆做成一种特殊组成结构的装置并使用特殊的探测方法。探测杆用金属长管做成，使可伸入洞穴或堆放的散装物内部，也可伸入管道内部；在管内前端装置微型摄像头以使拍摄取景；前端同时解决摄像用照明灯光的给定与控制问题；管内同时装置一力矩型微型电机，使可驱动摄像头在管内移动，以调节取景的远近。
本装置主要有以下用途：
①用于粮食仓库堆存粮食中生虫情况及粮虫活动情况监测；
②用于现场安装的多类工业管道内壁皱裂、锈蚀、积垢情况监测；
③用于工业现场安装的输油、输气、输水管道内部堵塞、淤积情况监测；
④用于细口深孔油井、水井、洞穴内部景像观察或监测。
在用于第①种用途即粮库粮虫监测时，需另外配套设计一根作为粮虫陷阱的陷阱管插入粮食内部，监测时再将本发明的探测杆伸入陷阱管内部；陷阱管也相应在本发明中予以说明。
在用于第②种用途即管道内壁皱裂等观察或监测时，拟在摄像头前端装设具有放大作用的镜片，使清晰对裂纹的观察。在对粮虫陷阱管内粮虫观察时，也应使用放大镜片。
在用于第③④种用途时，应在摄像头前端装设起保护作用的透明保护套，使垢物不进入探测杆，同时便于清洗、擦拭。
本发明的视频影像探测杆视频图像探测方法是：
将探测杆插入被探测对象内部，放置到合适位置，根据需要控制杆内电机驱动摄像头移动，使镜面与物面处于较理想取景相对位置，控制给定灯光照明，然后即可控制摄取单幅图像或摄取连续视频。在野外现场没有市电电源情况下，拟备用可携带电池作电源使用。本发明的影像探测杆所有视频线、控制线、电源线均已引到探测杆套头的引线插座上，既可连接到控制室作远程自动监测和控制使用，也可就地外接其他设备作观测和控制使用。
以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。所有附图如下：
图1(A)影像探测杆外形；
图1(B)影像探测杆内构件结构；
图2(A)探测杆外接插座整体布局；
图2(B)视频信号引线插座的引线端说明；
图2(C)电机电源及控制引线插座的连接说明；
图3推进螺杆；
图4(A)推进连接头正视图；
图4(B)推进连接头侧视图；
图5(A)连接片左片；
图5(B)连接片右片；
图6(A)摄像头及固定套的正式图；
图6(B)摄像头及固定套的俯视图；
图7(A)发光管灯光组件俯视图；
图7(B)发光管灯光组件正视图；
图7(C)节能弧光灯；
图8(A)探测杆内电机工作与限位控制电路；
图8(B)使用节能灯照明时的电源供给电路；
图8(C)使用发光二极管照明时的电源电路；
图9(A)用于粮虫影像探测的粮虫陷阱管的外形图；
图9(B)用于粮虫影像探测地粮虫陷阱管的头部纵向剖面结构图；
图9(C)用于粮虫影像探测的粮虫陷阱管的锥头剖视图；1.影像探测杆结构1.1影像探测杆外形
图1中图A专门用于说明影像探测杆外形。
影像探测杆外形是杆状，实际由金属管做成，管壁厚1.5～2mm，管径36-41mm(图A之7)，全长1100-1700mm(图A之8)，内部具有管状空间。探测杆前端开口，以便采集影像，探测杆尾部装设一套头(图A之2)，使安装引线插座(图A之1)，活动联接探测管内外引线，套头长约50mm(图A之9)。杆内有一电机固定片(图A之4)，与探测杆管壁紧密固定，电机再固定在该片上；杆内适当位置安装一定位光槽(图A之5)，使对电机上提下推起到定位作用。整体相互位置关系如图1中A图所示。1.2影像探测杆内构件结构
图1中图B专门用于说明影像探测杆内构件结构。
探测杆内主要部件是：微型力矩电机(图B之3)、推进螺杆(图B之5)与连接片(图B之8)、推进连接头(图B之6)、摄像头(图B之10)、灯光组件(图B之11)等。
其中微型力矩电机(图B之3)通过固定片(图B之1)固定在探测杆管壁上，该固定片成为整个内部构件系统的作用支点。电机转轴(图B之4)与推进螺杆(图B之5)通过螺钉固定连接，使螺杆与转轴同步转动；电机转动时，螺杆在原位同步转动，通过螺杆的螺纹推动推进连接头(图B之6)直线移动。螺杆在本系统中成为转动——移动之间的运动转换部件。推进连接头的上下移动经连接片传递到摄像头固定套(图B之9)使摄像头(图B之10)得到上提、下推的作用，达到调节镜片与物面之间距离的目的。
灯光组件(图B之11)固定在摄像头前端，为摄像提供照明。2.系统各关键部件结构2.1探测杆外接插座及引线
图2专门用于说明探测杆外接插座的引线连接，图2中图A则说明外接插座之整体布局。
图1中已指明探测杆套头(图A之2)及引线插座(图A之1)，图2中图A上套头与探测杆(3)之间用连接螺丝(2)固定，引线插座则固定在探测杆套头(3)之上。
探测杆套头(3)外圆直径为40mm(5)，其上固定电机电源及控制线插座(1)和视频信号引线插座(4)。
图2中图B则说明视频信号引线插座的引线端。
视频信号引线插座上对内连接摄像头一对视频信号线，视频信号使用1端、视频信号地使用2号接线端；对内连接摄像头电源正、负极用一对线，占用4、5号接线端。
图2中图C用于说明电机电源及控制引线插座的连接。
电机电源及控制引线插座(图C)上对内连接电机线包正、负端的分别对应用5、6号接线端；连接光电槽限位开关电源正端和地端的分别对应用7、3号接线端，其中7端接+12V电源正端，3端接电源地端；连接光电槽输出正、反相控制端的为2、4号接线端，其中2号为升控制，4号为降控制。2.2推进连接构件
推进连接构件包括推进螺杆(图3)、推进连接头(图4)、连接片(图5)、主推作用源微型力矩电机中轴(图3中1)。
其中推进螺杆(图3)长120mm(图3中3)，螺牙外径8mm(图3中5)，内径6mm(图3中4)，螺纹齿距2mm，此螺杆长度决定摄像头前进、后退行程长度，在此可以达到100mm，具体由光槽限位开关((图1中图A之6)及连接片上定位孔(图5中1，2)的位置决定。
推进螺杆上部经螺钉(图3中2)与电机中轴(图3中1)固定连接，使同轴转动，通过螺纹推动推进连接头(图4)移动。
推进连接头如图4，中心螺孔(图A中1)螺纹与推进螺杆螺纹紧密配合，固定孔(图B中2)共4个，用于与连接片(图5)固定。本装置中连接片共用2片，安装在连接头(图1中图B之6)的两边，使推进过程中受力平衡。左、右两片各一个光电定位孔，左片(图5中图A所示)定位孔(1)在上，右片(图5中图B所示)定位孔(2)在下部。
图4中图A之3说明中心螺孔内径为6mm，图A之5说明连接头长24mm，图B之4说明固定孔内径为3mm，图B之6说明上下两固定孔之间距为13mm；图5中图A之4说明连接片长200mm，图A之5说明连接片宽20mm，图B中6说明上、下两光电定位孔之间的间距为100mm，光电定位孔1和2的长宽是5×2mm。2.3微型摄像头
微型摄像头及固定套如图6所示。其中图A为正视图，图B为俯视图。
图6之图A中，1为推进连接片(即图5所示之部件)，2为连接片固定螺钉，3为摄像头连接套，4为摄像头固定螺钉，5为摄像头本体，6为摄像头之镜片；图6之图B中，1为摄像头固定螺钉，2为推进连接片，3为连接套引头，4为连接片固定螺钉，5为连接套。
微型摄像头使用合适照度及体积的通用摄像头即可，不限型号，但必须是彩色型，且分辩率越高越好。
微型摄像头在探测杆内是通过摄像头连接套(图A之3)与连接片(图A之1)固定的，使起到被拖动作用。摄像头连接套具有连接套引头(图A之7)，引头与前述推进连接头(图1中图B之6)形状相同，引头(图A之7)与推进连接片(图A之1)之间用固定螺钉(图A之2)连接，连接套(图A之3)下部套在摄像头后部，用摄像头固定螺钉(图A之4)固定连接。
摄像头(图A之5)前端连接镜片(图A之6)，镜片根据需要可选用显微放大型等。2.4灯光组件
灯光组件可以有两种选择方案：发光管灯光组件如图7中图A、图B所示，图A为灯光组件俯视图，图B为灯光组件正视图；节能弧光灯则如图7中图C所示。
当有交流市电供电时，可选用节能灯方案，但没有合适体积的市售产品(此处外径最大允许32mm)，需特制加工。
选用发光管组件照明时，使用直流5V供电，每个发光管额定工作电流定为20mA，共用8～12只发光管，图7中图A所画为8只发光管。
图A中发光管(1)都固定在焊接板(图B之2)上，同时使用固定圈(图B之3)将它们均匀排列，微调其照明聚焦点。在固定圈的亮光面(正视图图C中上面)涂敷反光层，使增强亮度效果。图A中1与图B中1同时说明高亮度发光二极管的安装位置。2.5电机工作及限位控制电路
图8中图A即探测杆内电机工作与限位控制电路。
图A中T1、T2即探测杆内两个光槽(图1中图A之5)，起定位控制作用，其中T1作为上定位光槽，T2作为下定位光槽。U7-1、U7-2为两个逻辑与门；U6-1、U6-2为两个反相器，同时起电流驱动作用；J17、J18为控制继电器，分别带有常闭和常开接点；M为力矩电机，当“+”极加正电压时，正转，当“-”极加正电压时，反转。
以下说明该电路的工作逻辑。
①起始状态为光槽T1、T2都处于非导通状态，相当于摄像头处于中间位置，给定升控信号即可提升，给降控信号即可下降移动。图8中图A之②为升控端，图A之③为降控端。图8中图A之②为升控端，图之③为降控端。
若给定升控信号，②端为高电平，T1C由于未导通，也处于高电平，使U7-1输出高电平，经U6-1反相驱动J17动作，则J17-2断开，J17-1闭合，使+5V经J17-1加于电机“+”端，电机正转起到提升作用；此时J18未工作，J18-2常闭，使U6-1输出处于接通状态。
若电机提升到达下定位孔，则T1导通，T1C输出低电平，至使U7-1也输出低电平，U6-1输出高电平，J17得不到驱动，接点J17-1恢复断开，电机断电，停止转动，起到上限位作用；J17-2恢复常闭，使U6-2可接通。
②起始状态为上位，即上述到达状态，此时给定降控信号，应使电机作下降转动。此时T2处于非导通状态。
给定降控信号后U7-2输出高电平，U6-2输出低电平，驱动J18导通，则J18-1闭合，J18-2断开；使+5V经J18-1加于电机“-”端，电机反相转动，达到摄像头下降移动目的。
若下降到达上定位孔，T2导通，T2C输出低电平，至使U6-2输出高电平截止，J18断电，J18-1恢复断开，J18-2恢复闭合，电机断电，起到下限位作用。
③起始状态为下限位，即②中最后状态，此时T2已导通，再给降控信号则不起作用，若给升控信号，应能使电机提升。
给定升控电平后，由于T1未导通，T1C为高电平，则槽U7-1输出高电平，经U6-1反相，驱动J17导通，J17-1闭合，J17-2断开，+5V经J17-1加于电机“+”端，电机被驱动正转，起到提升作用。
图8中图A的电机工作控制电路装于一块150mm×28mm的狭长印刷电路板上，置于探测杆内上部管腔中。2.6灯光电路
使用节能灯照明时，电源供给电路如图8中图B所示；节能灯为双灯丝，图B中④⑤为一头灯丝的两端，⑥⑦为灯管另一头丝的两端。节能灯外形如图7中图C所示。
使用发光二极管照明时，电源电路如图8中图C所示。
使用发光管照明时，可以使探测杆外径做得细些，但光照亮度偏低。
使用节能灯照明亮度稍强，但节能管体积使探测杆只有加粗。
由此处不同方法，可将探测杆做成不同型号。3.影像探测杆实施例——粮库粮虫视频影像探测杆
用于粮食仓库储存粮食内部粮虫影像探测时，需增加使用一粮虫陷阱管，如图9所示。图9为用于粮虫影像探测的粮虫陷阱管结构图。其中图A为陷阱管外形图，图B为陷阱管头部纵向剖面结构图，图C为陷阱管锥头剖视图。
由陷阱管外形图(图A)可看出，陷阱管主体分三个部分：陷阱管套头(1)、陷阱管管身(2)、陷阱管锥头(4)。图B是套头(1)的放大剖视图，图C是锥头(4)的放大剖视图。其中管身有规则地布满小眼——诱虫眼(3)。在管内空气及诱虫剂引诱下粮虫从虫眼爬入，掉入锥体(图C)的积虫腔(图C之4)内。诱虫眼拟呈椭圆状，大小为2mm×3mm左右。
图A中管身(2)外径为40～45mm，锥体(6)长60～90mm，管长(5)为1200～1800mm。
图B中陷阱管套头(2)与管身用螺纹(3)连接，套头上部留有引线出孔(1)，以使影像探测杆的多种引线可以穿出。
陷阱管下部是金属锥体(图A之4，图C之5)，便于往粮食中插入；锥体与管身使用螺纹(图C之3)连接；锥体上部中心掏空成瓶状积虫腔(图C之4)，使存积爬入陷阱管的粮虫。图C之1指陷阱管外壳部分，图C之2说明陷阱管连接锥头部分的内腔形状。
观察粮虫时只须把视频影像探测杆插入陷阱管内，则积虫腔中粮虫种类及粮虫活动情况尽收眼底。