Технический обзор требований к визуализации и оптических проблем в подводной среде.

Роботы для чистки бассейнов используют сочетание мобильности, сенсорного восприятия и визуального восприятия для навигации и выполнения задач по очистке. Хотя многие люди ассоциируют этих роботов с щетками, двигателями и системами фильтрации, на самом деле они несовместимы. объектив камеры является одним из важнейших компонентов, обеспечивающих точный подводный мониторинг и принятие решений.

1. Зачем роботам для бассейнов нужна система подводного зрения?

Современные роботы для чистки бассейнов обычно оснащены как минимум одним модулем камеры.

Камера выполняет несколько функций:

• Осмотр стенок бассейна, углов и поверхности дна.
• Оказание помощи в навигации и планировании маршрута.
• Выявление мусора, пятен или участков, требующих повторной очистки.
• Избегайте препятствий, таких как ступеньки, водостоки или принадлежности для бассейна.
• Поддержка обратной связи в режиме реального времени или удаленного мониторинга.

Хорошо спроектированный подводный объектив Это гарантирует, что робот будет собирать достоверную информацию об изображениях даже в условиях отражений, мутности или непостоянного освещения.

2. Оптические проблемы, характерные именно для подводной съемки.

В отличие от воздуха, вода существенно изменяет поведение света:

Преломление света и потеря поля зрения

Вода имеет более высокий показатель преломления, что уменьшает эффективное поле зрения (FOV).

Для компенсации этого подводные объективы часто требуют чрезвычайно широких углов обзора.

Поглощение и рассеяние света

Вода поглощает свет быстрее, а взвешенные частицы рассеивают его.

Это влияет на четкость, контрастность и точность цветопередачи.

Отражение от поверхностей

Стены и поверхность воды могут создавать яркие блики или засветки.

Давление и воздействие

Компоненты должны выдерживать длительное погружение в воду, давление воды и воздействие химических веществ (хлора, соленой воды, чистящих средств).

Эти условия принципиально отличают подводную оптическую конструкцию от обычных камер видеонаблюдения или потребительских камер.

3. Ключевые параметры при проектировании подводных линз

(1) Фокусное расстояние (EFL)

Меньшее фокусное расстояние обеспечивает более широкое поле зрения.

Для подводных исследований часто требуются сверхкороткие фокусные расстояния (например, 0,98–2 мм) для компенсации сужения рефракционной структуры.

(2) Диафрагма (F-число)

Меньшее значение диафрагмы (например, F1.6–F2.0) помогает увеличить яркость в условиях недостаточного освещения, особенно на дне бассейна или в затененных местах.

(3) Поле зрения (FOV)

Широкоугольная съемка имеет важное значение.

Типичные подводные линзы для роботов-пылесосов для бассейнов могут обеспечивать следующие возможности:

• Горизонтальный угол: 150°–180°
• Вертикальный угол: 150°–180°
• Диагональ: до 200°

Такой панорамный угол обзора позволяет роботу ориентироваться в окружающей обстановке с минимальным количеством слепых зон.

(4) Оптическая структура (например, 2G3P)

Гибридные линзовые конструкции сочетают в себе стеклянные и пластиковые элементы для достижения баланса:

• Коррекция искажений
• Масса
• Термическая стабильность
• Экономическая эффективность

Стеклянные элементы повышают прочность и уменьшают оптические деформации под водой.

(5) Покрытие и пропускание

Высокая светопропускаемость (например, Tavg ≥ 90%) имеет решающее значение для:

• Снижение потерь света
• Улучшение видимости в мутной воде
• Сохранение точности цветопередачи

Покрытия также помогают противостоять царапинам и воздействию химических веществ.

(6) Совместимость датчиков

Подводные объективы обычно используются в паре с сенсорами, такими как Sony IMX390, которые обеспечивают:

• Высокий динамический диапазон
• Хорошая цветопередача
• Чувствительность к слабому освещению
• Стабильность для непрерывной работы

(7) Водонепроницаемость и защита окружающей среды

Уровни защиты, такие как IP67 или IP68, необходимы для:

• Предотвратите проникновение воды.
• Избегайте распыления тумана.
• Сохраняйте прозрачность при длительном погружении.

Диапазон рабочих температур от -20°C до +70°C обеспечивает стабильную работу при любых сезонных изменениях.

4. Сценарии применения роботов для очистки бассейнов

Подводный объектив способствует выполнению множества функций робота:

• Отображение геометрии пула для навигации
• Обнаружение мелких частиц или пятен загрязнения.
• Мониторинг положения робота относительно стен или склонов.
• Поддержка алгоритмов искусственного интеллекта, классифицирующих мусор или состояние поверхности.
• Повышение безопасности, снижение риска столкновений.

Благодаря широкому полю зрения и стабильной подводной съемке робот может работать более эффективно и автономно.

5. Будущие тенденции в проектировании подводной оптики

По мере совершенствования роботов для очистки бассейнов подводные линзы будут продолжать развиваться в следующих направлениях:

• Более высокое разрешение для лучшего обнаружения объектов.
• Улучшенная съемка в условиях низкой освещенности
• Более прочные материалы для обеспечения химической стойкости
• Улучшенные противотуманные и антибликовые покрытия.
• Интеграция с системами машинного зрения на основе искусственного интеллекта.

Эти усовершенствования помогают роботам адаптироваться как к условиям домашних, так и коммерческих бассейнов.