一种井下电视下井仪器.pdf

一种井下电视下井仪器包括井下电路和地面电路两部分，通过测井电缆连接，井下电路部分包括依次相连的摄像头、采样编码单元、图像压缩单元、数字信号处理器和发送模块；地面电路部分包括依次相连的接收模块、数字信号处理器、图像解压单元、数模转换器、视频卡以及显示、存储和处理终端。本实用新型的可用于深度较大的井中作业，体积小，图像清晰且传输距离长，图像传输过程抗干扰能力强。

1.  一种井下电视下井仪器，包括井下电路和地面电路两部分，通过测井电缆连接，其特征在于：
所述井下电路部分包括依次相连的摄像头、采样编码单元、图像压缩单元、数字信号处理器和发送模块；
所述地面电路部分包括依次相连的接收模块、数字信号处理器、图像解压单元、数模转换器、视频卡以及显示、存储和处理终端。

2.  如权利要求1所述的井下电视下井仪器，其特征在于，所述摄像头为采用前置光源设计的微型摄像头。

3.  如权利要求1所述的井下电视下井仪器，其特征在于，所述采样编码单元的数字图像采用CCIR601数字图像编码标准，采样后数字图像大小为720x288，场频为50场/秒。

4.  如权利要求1所述的井下电视下井仪器，其特征在于，所述图像压缩单元在硬件上采用集成电路硬件压缩芯片实现。

5.  如权利要求1所述的井下电视下井仪器，其特征在于，所述图像压缩单元包括依次相连的数字视频I/O接口、质量盒控制单元、小波变换单元、量化器熵编码单元和主机I/O接口，所述小波变换单元还与一片上缓冲器和一DRAM管理器相连，该DRAM管理器与一片外的DRAM相连。

6.  如权利要求5所述的井下电视下井仪器，其特征在于：
所述数字视频I/O接口接收从采样编码单元输出的视频数据后，输出到所述质量盒控制单元；
所述质量盒控制单元对图像的有效尺寸、背景对比度进行控制，然后输出到小波变换单元；
所述小波变换单元完成对图像信号进行小波变换后，再输出到所述量化器熵编码单元；
所述量化器熵编码单元对图像信号进行压缩编码，通过主机I/O接口输出到数字信号处理器。

7.  如权利要求6所述的井下电视下井仪器，其特征在于：
所述量化器熵编码单元还将子带统计量输出到主机I/O接口，而主机I/O接口输出带宽控制信号到量化器熵编码单元，并输出位置、大小和对比度控制信号到质量盒控制单元。

8.  如权利要求1所述的井下电视下井仪器，其特征在于：
所述数字信号处理器控制图像的采集和压缩控制，完成图像的大小、场频和压缩比控制，并进行压缩图像数据的缓冲、编码和发送控制，包括依次相连的I/O接口、信源编码器、多个片上缓冲器和串行口控制器，通过I/O接口向所述图像解压单元和所述数模转换器输出控制信号。

一种井下电视下井仪器
技术领域
本实用新型涉及石油、勘探技术领域，尤其涉及一种用于井下的电视图像处理系统。
背景技术
井下电视成像技术是专门用于直接观测裸眼井、套管井和生产井井下状况的，因而在石油、勘探过程中具有极其重要的作用。
目前，井下电视主要采用的是模拟电视信号进行传输，而根据模拟信号传输的特点，其传输的距离相对较短，图像清晰度不高、防干扰能力也比较差且体积也较大，因而目前主要应用于浅水井中，测井深度只能达到800米左右，且仪器外径一般比较大，随着石油勘探作业中，井下操作的深度不断增大，对测井仪器外径要求的不断减少，原有技术中的井下电视下井仪器显然已经难以满足要求。
实用新型内容
本实用新型即是针对上述现有技术中存在的缺点而提出的一种井下电视下井仪器，可用于深度较大的井中作业，传输图像清晰。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种井下电视下井仪器，包括井下电路和地面电路两部分，通过测井电缆连接，其特征在于：
所述井下电路部分包括依次相连的摄像头、采样编码单元、图像压缩单元、数字信号处理器和发送模块，所述数字信号处理器通过I/O接口向所述采样编码单元和所述图像压缩单元输出控制信号；
所述地面电路部分包括依次相连的接收模块、数字信号处理器、图像解压单元、数模转换器、视频卡以及显示、存储和处理终端，所述数字信号处理器通过I/O接口向图像解压单元和数摸转换器输出控制信号。
进一步地，上述井下电视下井仪器还可具有以下特点：所述摄像头为采用前置光源设计的微型摄像头。
进一步地，上述井下电视下井仪器还可具有以下特点：所述采样编码单元的数字图像采用CCIR601数字图像编码标准，采样后数字图像大小为720×288，场频为50场/秒。
进一步地，上述井下电视下井仪器还可具有以下特点：所述图像压缩单元在硬件上采用集成电路硬件压缩芯片实现。
进一步地，上述井下电视下井仪器还可具有以下特点：所述图像压缩单元包括依次相连的数字视频I/O接口、质量盒控制单元、小波变换单元、量化器熵编码单元和主机I/O接口，所述小波变换单元还与一片上缓冲器和一DRAM管理器相连，该DRAM管理器与一片外的DRAM相连。
进一步地，上述井下电视下井仪器还可具有以下特点：
所述数字视频I/O接口接收从采样编码单元输出的视频数据后，输出到所述质量盒控制单元；
所述质量盒控制单元对图像的有效尺寸、背景对比度进行控制，然后输出到小波变换单元；
所述小波变换单元完成对图像信号进行小波变换后，再输出到所述量化器熵编码单元；
所述量化器熵编码单元对图像信号进行压缩编码，通过主机I/O接口输出到数字信号处理器。
进一步地，上述井下电视下井仪器还可具有以下特点：
所述量化器熵编码单元还将子带统计量输出到主机I/O接口，而主机I/O接口输出带宽控制信号到量化器熵编码单元，并输出位置、大小和对比度控制信号到质量盒控制单元。
进一步地，上述井下电视下井仪器还可具有以下特点：
所述数字信号处理器控制图像的采集和压缩控制，完成图像的大小、场频和压缩比控制，并进行压缩图像数据的缓冲、编码和发送控制，包括依次相连的I/O接口、信源编码器、多个片上缓冲器和串行口控制器。
由上可知，本实用新型的井下电视下井仪器，采用数字图像传输体制，解决下井仪器的图像采集、压缩、传输设计，下井仪器结构和井下光源设计等关键技术。与现有技术相比，本实用新型井下电视下井仪器具有如下显著优点：
(1)图像清晰且传输距离长；
(2)图像传输过程抗干扰能力强；
(3)下井仪器体积小。
附图说明
图1是本实用新型实施例井下电视下井仪器的结构图。
图2是本实用新型实施例井下电路硬件组成的结构图。
具体实施方式
本实施例的井下电视下井仪器分为井下电路和地面电路两部分，通过3000m测井电缆连接，如图1所示。
井下电路部分包括依次相连的摄像头、采样编码单元、图像压缩单元、数字信号处理器(以下也称之为DSP控制器)和发送模块。DSP控制器还向采样编码单元和图像压缩单元输出控制信号。
地面电路部分包括依次相连的接收模块、DSP控制器、图像解压单元、数模转换器(即D/A转换器)、视频卡以及显示、存储和处理终端。DSP控制器还向图像解压单元和D/A转换器输出控制信号。
图2示出了井下电路部分具体的硬件框图。
摄像头为微型摄像头，采用前置光源设计，用于完成图像的获取，输出为彩色PAL制式的模拟图像信号；
采样编码单元完成模拟图像信号的采集和数字图像编码，本实施例的数字图像采用CCIR601数字图像编码标准，采样后数字图像大小为720×288，场频为50场/秒。
图像压缩单元采用基于小波理论的硬件图像压缩技术。具体包括依次相连的数字视频I/O接口、质量盒(quality box，指在720×288的整幅图像的某个区域开一个窗口，窗口内图像清晰，外部作为背景可以大量压缩)控制单元、小波变换单元、量化器熵编码单元和主机I/O接口。小波变换单元还与一片上缓冲器和一DRAM管理器相连，该DRAM管理器与一片外的256Kx16Bit DRAM相连。
数字视频I/O接口接收从采样编码单元输出的视频数据后，输出到质量盒控制单元对图像的有效尺寸、背景对比度进行控制，然后输出到小波变换单元完成小波变换，然后再输出到量化器熵编码单元进行压缩编码；最后通过主机I/O接口输出到DSP控制器。此外，量化器熵编码单元还将子带统计量输出到主机I/O接口，而主机I/O接口输出带宽(BW)控制信号到量化器熵编码单元，输出位置、大小和对比度控制信号到质量盒控制单元。
该图像压缩单元在硬件上采用集成电路硬件压缩芯片实现，降低了对DSP控制器运算速度的要求和软件的复杂度，提高了软件的可靠性，降低了电路工作时产生的热量
DSP控制器控制图像的采集和压缩控制，完成图像的大小、场频和压缩比控制，并进行压缩图像数据的缓冲、编码和发送控制。具体包括依次相连的I/O接口、信源编码器、多个片上缓冲器和串行口控制器。DSP控制器对外部的控制都是通过I/O接口用数字量进行控制的。
从功能角度，上述图像压缩单元和DSP控制器中的各个单元都可以采用现有技术相关单元来实现。
软件开发采用Visual DSP++3.0集成开发调试环境，汇编编程语言，主流程完成系统设置和变量的初始化，数据的缓冲、编码和发送等在中断服务程序中来完成。中断服务程序采用两级中断嵌套调用，LCODE中断服务程序是在HIRQ中断服务子程序中调用，串行口发送中断具有最高优先级，可中断其他中断服务子程序优先执行。
本实用新型可达到的主要性能指标如下：
测井深度：3000m；
图像大小：400×400像素；
彩色/黑白：可选；
图像更新速率：10幅图像/秒；
仪器外径：45mm。
本实用新型具有以下几个特点：
1)测井深度主要取决于图像的有效传输距离，数字信号传输抗干扰能力强，故能传输较远的距离，影响图像传输质量的主要因素为传输距离和传输速率，可通过缩短距离来提高速率，也可降低速率来增大传输距离，本系统在3000m的距离达到了1Mbit的传输速率。
2)图像的清晰度取决于原始图像的质量和传输过程中造成的失真。数字信号比模拟信号抗干扰能力强，差错可以控制，保证图像在传输过程中受到较小的失真，数字图像的清晰度还与图像的分辨率有关，分辨率越高图像越清晰。因此数字传输能提高抗干扰能力，高速传输能提高图像分辨率，因此，图像清晰是高速数字传输的效果。
3)本实用新型电路方案的优化和多层布线减小了电路板的宽度，降低了功耗，减小芯片产生的热量，从而减小了对井下电源功率和散热空间的要求，另外采用微型摄像头和前置光源设计等几个方面都对井下仪器尺寸的缩小作出了贡献。
4)本实用新型通过质量盒和背景对比度控制、压缩比控制(通过BW)、场频控制，使得在相同传输介质下，图像更新速率更快，达到无间断的播放，且可以在图像的实时性和清晰度之间进行互换，即可降低更新速率来提高清晰度，或降低清晰度来提高更新速率。