警用软管内窥镜设计与实现

刘政 刘春光

摘 要 软管内窥镜是集传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器。软管窥镜广泛应用于医疗、工业生产、化工生产等场所。近年来，随着反恐形势的不断升级，软管窥镜在安检搜排爆中的作用也越发凸显。但是传统窥镜由于自身设计原因，限制了其在日常工作中的使用。笔者经过长期的实践总结，设计了一款警用软管窥镜。该软管窥镜具有体积小、重量轻、多屏幕共享、观察直观等特点。此软管内窥镜方便了安检搜排爆队员的使用，有利于对可疑物的搜寻和研判。

关键词 无线发射器；内窥镜；LCD微显示技术

中图分类号 TN92 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）223-0166-02

在日常安检搜排爆任务中，在对狭小空间检查，可疑物内部观察等情况下，软管窥镜由于小巧灵活等特点，在这种应用环境起到了很大的作用。但是传统安检内窥镜由于体积大，接线多，观察不够直观，限制了其在安检搜排爆中的使用。笔者经过长期总结，研发了一款警用软管内窥镜。该软管窥镜采用无线传输，可直接将观察图像传输到多个手机客户端，便于人员观察及多人研判。此外，图像还可投射到头戴显示器，安检搜排爆队员可解放双手，直接观察，便于进行其他活动。

1 设备相关技术

1.1 无线传输

无线传输（Wireless？transmission）是指利用数字微波进行数据传输的一种方式。数字微波传输就是先把视频编码压缩，然后通过数字微波信道调制，再通过天线发射出去，接收端则相反，天线接收信号，微波解扩，视频解压缩，最后还原视频信号，显示到用户终端。本设备采用内置WiFi发射器的方式进行无线视频信号传输。使用WiFi发射器使得设备在实现无线传输的同时简化了设备部件。无线传输设备体积为4cm×1cm×1cm，具有体积小，重量轻，便于使用者携带等特点。设备使用的无线WiFi发射器，内置WiFi发射模块。其功能是将串口或TTL电平转为符合WiFi无线网络通信标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11b. g.n协议栈以及TCP/IP协议栈。使得接收端手机无需增加其他外部部件即可加入WiFi发射器提供的私有网络，进行视频数据的接收与显示。此外发射器外部显示屏可显示设备当前电量与设备状态，便于用户了解设备的信息和运行状态。设备使用的WiFi发射器如图1。

1.2 内窥镜

内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器。内窥镜自身可任意弯曲，镜头配有灯光，方便进入狭小空间观察操作。本设备所用的内窥镜头部采用的是微型高清近焦摄像头。摄像头捕捉图像信息，然后通过内置CMOS芯片将图像信号转换为特定格式的视频信号，最后通过导线将转换的视频信号进行传输。软管镜头分辨率为640×480，频率30帧/秒，防水级别IP×67。可满足日常安检队员的使用要求。此外，本设备摄像头末端配有磁铁、钩子、反光镜等部件，用于对狭小空间内物体的钩取等操作。软管采用双摄像头设计，在钩取物体的时候，可以交替使用雙摄像头观察钩子，磁铁等部件的工作状态。摄像头镜头均配有可调节白光光源，为设备在不同光线环境下提供方便。

1.3 LCD微显示技术

微显示技术是显示技术的一个分支，是近几年兴起的一项技术。其主要应用于VR设备，头戴显示器，军用产品的等领域。微显示技术的设备主要由两部分组成：LCD微显面板，光学放大设备（凸透镜）。LCD微显面板主要由电极和液晶层构成。面板液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。光学放大设备最后将微显面板显示的图像放大后投射到人眼的视网膜中，原理图如图2。

本设备采用的头戴单目显示器，兼容NTSL/PAL视频信号，具备视力调节功能，支持近视度数650，远视度数200。外部配有橡胶眼罩使使用者具有良好的佩戴体验。

2 总体设计

该软管窥镜分为发射端、显示端、头盔、电源四部分。

其中，发射端主要包括软管摄像头、无线发射器。用于实现图像的采集、图像的传输、图像的发射等功能。

显示端主要由便携头戴单目显示器、手机客户端软件、智能手机构成。单目显示器将视频信号直接投射到使用者的头盔显示器，观察更加直观。与老式警用软管内窥镜相比，本设备结构简单，眼部显示器用于观察，双手操作软管，简化了用户操作，单兵即可使用。

设备图像不但可以直接投射到头戴单目显示器，还可通过无线实时传输到手机、笔记本等设备。在对可疑爆炸物内部观察时，可为指挥员提供实时图像，为下一步的操作提供依据。客户端软件具有录像、截屏、图像变化等功能，可以将操作过程存档，为后期总结、分析提供参考。

设备载体采用的是FAST快速反应头盔。FAST是Future？Assault？Shell？technology（未来攻击防护外壳技术）的缩写。不仅满足了防护要求，而且还考虑了整合、满足头部各种装备安装需求及影响，譬如：通讯耳机或者耳罩、电子听力保护设备、夜视设备、战术灯、摄像机、电池组，等等。

本系统采用12V锂电池组供电。电池组采用A+级18650电芯，内部装有锂电池保护板，防止过充过放，最大限度地保护电池。电源在输出时采用两路输出，一路经过DC直流降压模块降压为5V为头戴显示器供电。另一路直接为软管摄像头提供12V电流。经测试，本系统一次充电可使用90分钟以上。

设备外观如图3。

3 结论

本文所述的警用软管内窥镜采用先进的微型显示技术及软管成像技术，可为安检队员提供微小缝隙、狭小场所的实时高清图像。此外本软管窥镜配有无线WiFi发射模块，可同时通过手机远距离显示观察图像，为指挥员提供判断依据。此设备的运用将大大提高工作效率，为安检排爆队员提供方便。

参考文献

[1]张孝亮，李继龙.气象因素对无线信号传输的影响[J].科技创新导报，2009（6）.

[2]川行于世.探究无线信号传输的“强弩之末”[J].电脑爱好者，2009（21）.

[ 3 ]张默晗，张北，王天亮.无线信号传输装置[ Z ] . CN201514694U：，2010.

[4]曾省吾，吴春发.一种无线信号传输与接收系统[Z]. CN1662062：，2005.