水下生产系统长期在海底工作,在海洋腐蚀、渔网拖拽和落物抛锚等因素下容易受到破坏。因此,开展水下视频长期监测系统的研究,为水下生产系统提供全覆盖实时视频监测,提高水下生产系统的生产稳定性和经济效益。针对水下视频监测设备生物污损防护寿命不足及不能长距离和全方位清晰成像等问题,本文进行水下视频长期监测系统结构设计,海洋污损生物防护技术和水下光成像效果研究,控制系统硬件平台的搭建和控制程序的设计,并进行实验验证。在明确水下视频长期监测系统工作深度、成像距离和工作寿命等性能指标的基础上,提出结构设计方案。进行水下耐压舱体结构设计,采用有限元方法对耐压舱体的强度、稳定性和密封性能进行仿真分析,并对舱内设备的散热性能进行稳态热学仿真分析;进行水下电机的结构设计,计算水动阻力和压力补偿容积;进行整体支架与基座结构设计,并分析整体支架对摄像机视角的遮挡特性和水下对接锁紧过程。在现有海洋污损生物的附着机理和生物污损防护技术基础上,根据寿命需求,对比分析后提出生物污损防护方案。通过对紫外线在水下杀菌效果的研究,得出最大防护距离,并计算紫外线灯的污损防护寿命;通过对紫外线在半球玻璃上的最佳防护效果研究,得出紫外线灯与半球玻璃的位置关系;进行污损防护装置设计并分析其防护效果。通过对水下光学特性和水下光学成像效果的研究,建立水下照明灯光通量与水下摄像机最低照度的数学模型,得到最大监测距离下的光通量与最低照度的比值。通过对视频监测距离和角度的分析,建立水下全视景成像的光照度和衬度数学模型,得到水下成像光照度和成像衬度随监测距离和监测角度变化的规律。根据水下视频长期监测系统对水下电机和舵机的位置控制、照明灯的亮度控制和紫外线灯占空比控制的需求,进行控制系统硬件选型及设计。进行CAN总线通信无刷电机的伺服控制程序设计,实现水下电机水平旋转的恒速、定点和巡航运动功能。进行舵机的同步扫描控制程序设计,实现对水下目标物的扫描视频监测。进行水下成像测试平台搭建,对水下成像效果进行测试,得到不同监测距离和不同监测角度的成像效果,验证水下视频监测系统成像效果;进行水下电机和舵机运动控制实验,验证水下电机的伺服控制性能和舵机的同步扫描控制性能;进行污损防护装置性能实验,验证紫外线杀菌灯的防护性能。