[發明專利]一種采用水下機器人系統對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法

有效

• 申請號: 201310288793.7
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103364408A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 陳從平;鄒雷;張濤
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

1.一種采用水下機器人系統對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法，所述的機器人系統由水面主控平臺、通訊浮漂、圖像獲取裝備、深度、壓力和位置傳感器以及水下機器人本體組成，其特征在于：它包括如下步驟：

步驟一：搭建陸地或船載工作站，以人機交互的方式顯示、處理圖像，并根據返回信息對水下機器人進行運動、圖像抓取操控；

步驟二：建立水面通訊工作站，用于水上工作站與水下機器人進行通訊與信息傳輸，其由光纖信號接收器及WIFI路由器組成，并整體被置于密封漂浮筒內；

步驟三：通過吊放系統將水下機器人放入水中指定位置，水下機器人與浮漂之間通過系纜連接，水下機器人上面裝有深度、壓力、位置傳感器，圖像獲取裝備，其中深度、壓力、位置傳感器用于獲取水下機器人的具體位置；運用圖像獲取裝備在水下采集視頻圖像，用電纜將視頻信號直接傳輸到收發器上，再由收發器將數據信號通過WIFI傳給上位機，實現視頻監視和錄像；

步驟四：對整個系統中的硬件系統與軟件系統進行調試，保證整個系統能夠正常穩定的運行；

步驟五：通過系統中水上工作站中的主控平臺對水下機器人進行操作，移動機器人到圖像獲取裝備可清晰探測的位置，采集混凝土結構表面的視頻圖像信息，回傳輸到主控平臺，在上位機上進行視頻監視與錄像；

步驟六：將接收到的視頻圖像通過主控平臺中的圖像處理系統完成對水工混凝土水下表面裂縫信息的提取，同時將水下機器人上面傳感器的數據轉換到主控平臺的計算機上顯示，確定水下機器人的具體位置，最后得到裂縫安全性結論與報告。

2.按照權利要求1所述的采用水下機器人對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法，其特征在于：將深度、位置和壓力傳感器的數據通過主控平臺轉換為對應的位置坐標，從而確定裂縫的具體位置。

3.按照權利要求1所述的采用水下機器人對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法，其特征在于：水下機器人各個器件之間的信息傳輸采用了水上電/光-光/電變換器、光電復合電纜和水下電/光-光/電變換器進行傳輸；水下圖像獲取裝備的視頻圖像數據將實時通過連接水下機器人本體和浮漂的復合電纜傳輸到主控平臺，主控平臺通過裝有無線路由裝置的浮漂對水下機器人的多種參數進行遠程無線監控。

4.按照權利要求1所述的采用水下機器人對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法，其特征在于：在上述步驟五中，通過的主控平臺對水下機器人進行操作，保持水下圖像獲取裝備始終垂直與混凝土表面的姿態進行定點檢測或巡探，拍攝出水工混凝土表面裂縫的視頻圖像，回傳輸到主控平臺，在上位機上進行視頻監視與錄像。

5.按照權利要求1所述的采用水下機器人對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法，其特征在于：在上述步驟六中，通過圖像處理系統提取到裂縫的相關信息，具體步驟為：

(1)水下圖像采集，通過地面站中主控平臺的控制，讓裝備有水下視覺成像裝置的水下機器人在水工混凝土結構表面進行巡探或定點檢測，采集水下圖像，回傳到地面站，拍攝時需保持相機軸線與被拍攝面垂直，且保持距離在一定的范圍之內；

(2)水下圖像去噪與增強，將采集到的圖像灰度化后，采用針對水下圖像的特點所開發的照明均勻化處理技術和MBHF濾波技術去除圖像噪聲和照明不均的問題；

(3)水下圖像分割，對預處理后的圖像，將假信息的紋理、陰影、外輪廓的模塊進行分割、去除，分割裂縫圖像；

(4)水下環境干擾物的識別與判別，根據分割后裂縫邊緣與其它干擾的區別，提取連續長度、曲度、長短軸比、面積四個特征參數來判斷圖像中是否存在裂縫；

(5)裂縫檢測，根據分割后裂縫邊緣的特征，如果判別后的圖像中存在裂縫，首先通過計算圖像中每個標記邊緣的長度和曲率來進行初步判別，去除雜點和容易區分的非裂縫；然后根據邊緣的投影長度來選擇合適的模板對余下邊緣依次搜索，判斷是否存在另外的邊緣與其相匹配，從而檢測出真實裂縫；最后根據裂縫邊緣相互匹配的特征將裂縫邊緣斷開的部分連接起來，優化裂縫檢測結果。

6.按照權利要求1所述的采用水下機器人對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法，其特征在于：在上述步驟二中，還包括用于人機交互的軟件，在該軟件的界面上，可以監視水下圖像獲取裝備的視頻畫面，可以用鼠標控制水下機器人各個馬達的轉速、電磁閥的開關，可以監測水下機器人所處深度、方向狀態信息。

7.按照權利要求1-6任一權利要求所述的采用水下機器人對水工混凝土結構水下表面裂縫檢測的方法，其特征在于：所述的圖像獲取裝備包括攝像機和照明系統。