[發明專利]一種針對水下障礙物的檢測定位方法和系統

有效

• 申請號: 201210346988.8
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102879786A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李敏;翁立元;王相存;季后維
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06;G01S15/93
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種針對水下障礙物的檢測定位方法和系統，可實時的檢測出聲納視野范圍內的障礙物，并計算障礙物的大小和位置。

背景技術

在未知水下環境的前進過程中，避障能力是AUV（Autonomous?Underwater?Vehicle，自治式水下機器人）的一個基本要求。避障系統的首要任務是從成像設備獲得的圖像中檢測出障礙物，將障礙物和背景分割出來，并計算障礙物的大小和位置。如何快速有效的對背景和障礙物進行分割，以及準確的計算障礙物的大小和位置是目前研究的重點。

目前，針對水下障礙物的檢測定位方法和系統往往存在適應性差，準確性差的問題。傳統的光學成像設備在污濁水域中無法探測遠距離的目標，甚至會出現無法成像的問題。而普通的單波束圖像聲納成像角度小，圖像分辨率低，在實際應用中很難觀測大的范圍，不易準確獲得水下物體的表面細節或形狀信息。多波束圖像聲納是在一個聲納頭上安裝多個換能器以達到大角度覆蓋的目的，這種聲納成像速度快，分辨率高，可以獲得比較準確完整的水下物體信息。因此，基于多波束圖像聲納的水下障礙物的檢測定位方法和系統在AUV避障中具有重要的作用。

發明內容

針對現有的障礙物檢測定位方法和系統在水下環境下適應性差，準確性差的問題，本發明的目的在于提供一種針對水下障礙物的檢測定位方法和系統，可以實時的對高分辨率聲納圖像進行處理，檢測并計算出水下障礙物的大小和位置，有利于提高AUV的避障能力。

本發明的構思是：首先通過安裝在AUV上的多波束圖像聲納獲取待測場景的場景圖像；然后通過中值濾波減少圖像噪聲，提高圖像質量；運用圖像分割算法分割障礙物和背景，并根據分割閾值對場景圖像中的每個像素點做二值化處理；最后從二值圖像中獲取障礙物輪廓，根據獲取輪廓計算障礙物的大小和位置。

基于上述目的及發明構思，本發明是通過以下技術方案實現：

一種針對水下障礙物的檢測定位方法，檢測定位步驟是：

(1)???將多波束圖像聲納安裝在AUV上，聲納頭的方向與水平面呈0~3度的夾角；計算機放置在岸上，并通過網絡網線、POE單口供電器和聲納電纜連接多波束圖像聲納；

(2)???啟動計算機和多波束圖像聲納，檢查各項數據通訊是否正常；

(3)???根據多波束圖像聲納回波信號的強度將聲納信息恢復為聲納的灰度圖像；

(4)???通過中值濾波降低當前聲納圖像的噪聲；高斯噪聲、斑點噪聲等是影響聲納圖像質量的重要原因之一，因此采用了中值濾波的方法降低噪聲，提高圖像質量；

(5)???對步驟（4）獲得的圖像，運用OTSU方法將障礙物與背景分離，并根據所得最佳閾值對場景圖像中的每個像素點做二值化處理；

(6)???根據步驟（5）得到二值圖像獲取障礙物輪廓，并計算輪廓的大小和障礙物位置；

(7)???重復步驟（3）~步驟（6），即實現了水下障礙物的檢測定位。

一種針對水下障礙物的檢測定位系統，應用于上述方法，包括多波束圖像聲納和計算機。多波束圖像聲納固定安裝在AUV上，并通過聲納電纜連接到POE單口供電器上，計算機通過網絡網線連接到POE單口供電器上，POE單口供電器由110-240V電源供電。

上述的多波束圖像聲納可采用Blueview公司的P450E型多波束圖像聲納。

與現有技術相比，本發明具有以下突出特點和顯著優點：

本發明提供了一種快速、準確的方法實現水下障礙物的檢測和定位?？梢詫崟r的對高分辨率聲納圖像進行處理，檢測并計算出水下障礙物的大小和位置，有利于提高AUV的避障能力。

附圖說明

圖1是本發明的多波束圖像聲納安裝示意圖；

圖2是本發明的多波束圖像聲納與計算機連接示意圖；

圖3是本發明的流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明：

參見圖1為本發明的多波束聲納安裝示意圖，其中1為AUV，2為多波束圖像聲納，該多波束圖像聲納2安裝時其聲納頭方向應與水平面呈0~3度的夾角，這樣做的目的是在保證探測視野范圍的情況下，盡量減小水面反射對圖像質量的影響。

參見圖2為本發明的多波束圖像聲納與計算機連接示意圖，其中2為多波束圖像聲納，4為POE單口供電器，它們通過聲納電纜線3連接，計算機6通過網絡網線5與POE單口供電器4連接，POE單口供電器4由110-240V電源供電。

結合圖3說明實時檢測定位的步驟是：