警用軟管內窺鏡設計與實現

劉政 劉春光

摘 要 軟管內窺鏡是集傳統光學、人體工程學、精密機械、現代電子、數學、軟件等于一體的檢測儀器。軟管窺鏡廣泛應用于醫療、工業生產、化工生產等場所。近年來，隨著反恐形勢的不斷升級，軟管窺鏡在安檢搜排爆中的作用也越發凸顯。但是傳統窺鏡由于自身設計原因，限制了其在日常工作中的使用。筆者經過長期的實踐總結，設計了一款警用軟管窺鏡。該軟管窺鏡具有體積小、重量輕、多屏幕共享、觀察直觀等特點。此軟管內窺鏡方便了安檢搜排爆隊員的使用，有利于對可疑物的搜尋和研判。

關鍵詞 無線發射器；內窺鏡；LCD微顯示技術

中圖分類號 TN92 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）223-0166-02

在日常安檢搜排爆任務中，在對狹小空間檢查，可疑物內部觀察等情況下，軟管窺鏡由于小巧靈活等特點，在這種應用環境起到了很大的作用。但是傳統安檢內窺鏡由于體積大，接線多，觀察不夠直觀，限制了其在安檢搜排爆中的使用。筆者經過長期總結，研發了一款警用軟管內窺鏡。該軟管窺鏡采用無線傳輸，可直接將觀察圖像傳輸到多個手機客戶端，便于人員觀察及多人研判。此外，圖像還可投射到頭戴顯示器，安檢搜排爆隊員可解放雙手，直接觀察，便于進行其他活動。

1 設備相關技術

1.1 無線傳輸

無線傳輸（Wireless？transmission）是指利用數字微波進行數據傳輸的一種方式。數字微波傳輸就是先把視頻編碼壓縮，然后通過數字微波信道調制，再通過天線發射出去，接收端則相反，天線接收信號，微波解擴，視頻解壓縮，最后還原視頻信號，顯示到用戶終端。本設備采用內置WiFi發射器的方式進行無線視頻信號傳輸。使用WiFi發射器使得設備在實現無線傳輸的同時簡化了設備部件。無線傳輸設備體積為4cm×1cm×1cm，具有體積小，重量輕，便于使用者攜帶等特點。設備使用的無線WiFi發射器，內置WiFi發射模塊。其功能是將串口或TTL電平轉為符合WiFi無線網絡通信標準的嵌入式模塊，內置無線網絡協議IEEE802.11b. g.n協議棧以及TCP/IP協議棧。使得接收端手機無需增加其他外部部件即可加入WiFi發射器提供的私有網絡，進行視頻數據的接收與顯示。此外發射器外部顯示屏可顯示設備當前電量與設備狀態，便于用戶了解設備的信息和運行狀態。設備使用的WiFi發射器如圖1。

1.2 內窺鏡

內窺鏡是集中了傳統光學、人體工程學、精密機械、現代電子、數學、軟件等于一體的檢測儀器。內窺鏡自身可任意彎曲，鏡頭配有燈光，方便進入狹小空間觀察操作。本設備所用的內窺鏡頭部采用的是微型高清近焦攝像頭。攝像頭捕捉圖像信息，然后通過內置CMOS芯片將圖像信號轉換為特定格式的視頻信號，最后通過導線將轉換的視頻信號進行傳輸。軟管鏡頭分辨率為640×480，頻率30幀/秒，防水級別IP×67。可滿足日常安檢隊員的使用要求。此外，本設備攝像頭末端配有磁鐵、鉤子、反光鏡等部件，用于對狹小空間內物體的鉤取等操作。軟管采用雙攝像頭設計，在鉤取物體的時候，可以交替使用雙攝像頭觀察鉤子，磁鐵等部件的工作狀態。攝像頭鏡頭均配有可調節白光光源，為設備在不同光線環境下提供方便。

1.3 LCD微顯示技術

微顯示技術是顯示技術的一個分支，是近幾年興起的一項技術。其主要應用于VR設備，頭戴顯示器，軍用產品的等領域。微顯示技術的設備主要由兩部分組成：LCD微顯面板，光學放大設備（凸透鏡）。LCD微顯面板主要由電極和液晶層構成。面板液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的單元格結構中，一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素。當LCD中的電極產生電場時，液晶分子就會產生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規則的折射，然后經過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。光學放大設備最后將微顯面板顯示的圖像放大后投射到人眼的視網膜中，原理圖如圖2。

本設備采用的頭戴單目顯示器，兼容NTSL/PAL視頻信號，具備視力調節功能，支持近視度數650，遠視度數200。外部配有橡膠眼罩使使用者具有良好的佩戴體驗。

2 總體設計

該軟管窺鏡分為發射端、顯示端、頭盔、電源四部分。

其中，發射端主要包括軟管攝像頭、無線發射器。用于實現圖像的采集、圖像的傳輸、圖像的發射等功能。

顯示端主要由便攜頭戴單目顯示器、手機客戶端軟件、智能手機構成。單目顯示器將視頻信號直接投射到使用者的頭盔顯示器，觀察更加直觀。與老式警用軟管內窺鏡相比，本設備結構簡單，眼部顯示器用于觀察，雙手操作軟管，簡化了用戶操作，單兵即可使用。

設備圖像不但可以直接投射到頭戴單目顯示器，還可通過無線實時傳輸到手機、筆記本等設備。在對可疑爆炸物內部觀察時，可為指揮員提供實時圖像，為下一步的操作提供依據。客戶端軟件具有錄像、截屏、圖像變化等功能，可以將操作過程存檔，為后期總結、分析提供參考。

設備載體采用的是FAST快速反應頭盔。FAST是Future？Assault？Shell？technology（未來攻擊防護外殼技術）的縮寫。不僅滿足了防護要求，而且還考慮了整合、滿足頭部各種裝備安裝需求及影響，譬如：通訊耳機或者耳罩、電子聽力保護設備、夜視設備、戰術燈、攝像機、電池組，等等。

本系統采用12V鋰電池組供電。電池組采用A+級18650電芯，內部裝有鋰電池保護板，防止過充過放，最大限度地保護電池。電源在輸出時采用兩路輸出，一路經過DC直流降壓模塊降壓為5V為頭戴顯示器供電。另一路直接為軟管攝像頭提供12V電流。經測試，本系統一次充電可使用90分鐘以上。

設備外觀如圖3。

3 結論

本文所述的警用軟管內窺鏡采用先進的微型顯示技術及軟管成像技術，可為安檢隊員提供微小縫隙、狹小場所的實時高清圖像。此外本軟管窺鏡配有無線WiFi發射模塊，可同時通過手機遠距離顯示觀察圖像，為指揮員提供判斷依據。此設備的運用將大大提高工作效率，為安檢排爆隊員提供方便。

參考文獻

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