[發(fā)明專利]一種基于紫外圖像的水面溢油檢測系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104616303B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設計）人: 李林;江莉;劉靳;姬紅兵;景海朋;李琦;朱志剛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/194;H04N7/18
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發(fā)明涉及信號處理領域，具體涉及一種基于紫外圖像的水面溢油檢測系統(tǒng)和方法。

背景技術

溢油是造成河流和海洋污染的主要原因之一。隨著人類對海洋資源的開發(fā)利用、水上運輸工具的日益增加，使得河流和海洋的環(huán)境受到嚴重的破壞，對棲息和生活在水體中的鳥類、魚類和海洋浮游生物的生存環(huán)境造成嚴重影響。

由于水上運輸?shù)某杀据^低，我國進口的石油中90％均依賴船舶運輸至國內，增加了水上運輸?shù)拿芏取８劭诖a頭上的貨物裝卸活動變得日益頻繁，使得水上環(huán)境變得越來越復雜，進而增大了船舶溢油的幾率。

除此之外，大型船舶碰撞沉沒、石油開采平臺和沿海煉油廠不當操作引起的重大意外溢油事故，會對海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴重的危害。溢油不僅僅是海事和港口監(jiān)測人員急需解決的重要問題，也是各級環(huán)保部門和國家政府機關越來越關心和重視的重大問題。

當前的近距離港口溢油監(jiān)測的主要方式為非接觸式固定點監(jiān)測，即將探測器安裝在碼頭或橋梁上的一個固定點，使探測器以固定的角度對水面進行監(jiān)測。同一區(qū)域可以放置多個探測器，并將多個監(jiān)測結果通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸?shù)叫畔⒅行摹?/p>

非接觸式固定點監(jiān)測比較靈活，可以全天候自動監(jiān)測溢油狀況。

現(xiàn)有的碼頭探測器主要包括熒光探測器和CCTV(閉路電視監(jiān)控系統(tǒng))監(jiān)視。

熒光探測器能夠在自然光線和天氣環(huán)境下，激發(fā)水面上油類物質中的成份產生熒光，該熒光能夠被光電傳感器所檢測，進而根據(jù)檢測到的熒光判斷水面是否存在溢油的情況。

現(xiàn)有的熒光探測器主要依賴進口，包括由德國的OPTIMARE公司生產的Spill Watch(一種熒光探測器)和美國的InterOcean公司生產的Slick Sleuth(一種熒光探測器)。

雖然熒光探測器能夠濾除外界環(huán)境影響，得到較為準確的檢測結果，但是，熒光探測器的購買和維護成本均較高，產品在國內推廣性不高。

CCTV監(jiān)視系統(tǒng)采用可見光或紅外成像技術，通過攝像機或照相機實時拍攝監(jiān)測點的現(xiàn)場信息，并將信息通過網(wǎng)絡傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控中心。工作人員收到信號后，觀察畫面，根據(jù)工作經(jīng)驗，判斷是否發(fā)生漏油。

由于CCTV系統(tǒng)成像質量較低，工作人員根據(jù)肉眼觀察存在較大誤差，難以發(fā)現(xiàn)少量溢油，觀察結果不準確。

由于近紫外線在溢油的水面上的反射光強度高于純凈水面，且對水面漂浮雜物不敏感，因此近紫外線比可見光和紅外具有更好的成像質量。選擇對近紫外線敏感的工業(yè)相機，可以保留較高的紫外光譜能量，能夠實現(xiàn)溢油檢測。

圖像分割技術是檢測拍攝到的圖像中是否存在溢油的關鍵，圖像分割就是把圖像分成若干個特定的、具有獨特性質的區(qū)域并提取感興趣目標的技術和過程，它是由圖像處理到圖像分析的關鍵步驟。

目前，對拍攝到的紫外圖像分割的方法和其缺陷如下：

(1)基于區(qū)域的圖像分割方法是一種利用圖像像素值的分布特征進行圖像分割的方法，圖像分割的性能取決于圖像的特征提取，特征提取包括顏色、紋理和形狀的提取。在進行圖像分割的區(qū)域生長和區(qū)域合并的過程中，容易破壞區(qū)域邊緣的結構，造成分割效果較差。

(2)基于邊緣檢測的方法，先檢測圖像中的邊緣點，再按一定的方式將所有的邊緣點連接成輪廓，從而構成分割區(qū)域。基于邊緣檢測的方法在實施時，由于抗噪性和檢測精度不能同時滿足：若提高檢測精度，則噪聲產生的偽邊緣會導致不合理的輪廓；若提高抗噪性，則會產生輪廓漏檢和位置偏差。

(3)基于閾值分割算法是應用比較廣泛的一種圖像分割算法，該方法根據(jù)圖像灰度值的差異將圖像分割成背景及目標的方法。OTSU(最大類間方差法)是一種典型的閾值分割算法，OTSU對一般圖像具有較好的分割性能，但是受非均勻光照、倒影等干擾的影響較大。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于紫外圖像的水面溢油檢測系統(tǒng)和方法，不僅分割效果較好，而且抗干擾能力較強。

為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術方案是：一種基于紫外圖像的水面溢油檢測系統(tǒng)，其特征在于：包括順次連接的紫外成像模塊、視頻解碼緩存模塊、圖像處理模塊、報警模塊；

所述紫外成像模塊包括紫外光源、紫外帶通濾光片和攝像機；所述視頻解碼緩存模塊包括視頻解碼芯片和同步動態(tài)隨機存儲器，攝像機與視頻解碼芯片連接，視頻解碼芯片與同步動態(tài)隨機存儲器連接；