[發明專利]基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統

無效

• 申請號: 201510470968.5
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN105160638A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 劉杰
• 申請（專利權）人: 劉杰
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/00;B23K37/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統，所述跟蹤系統包括水下機器人主體、水下焊縫識別設備和電焊鉗驅動設備，所述水下焊縫識別設備和電焊鉗驅動設備都位于所述水下機器人主體上，所述水下焊縫識別設備用于確定水下焊縫位置，所述電焊鉗驅動設備與所述水下焊縫識別設備連接，用于基于所述水下焊縫位置驅動電焊鉗。

2.如權利要求1所述的基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統，其特征在于，所述跟蹤系統還包括：

電焊鉗，用于固定焊條，所述焊條為濕法涂料焊條，材料為低碳鋼；

安全開關，其負極導線連接到所述電焊鉗；

接地夾，被固定在待焊接工件上；

電焊機，負極連接至所述電焊鉗，正極接地；

電焊鉗驅動設備，與所述電焊鉗連接，用于根據電焊鉗驅動信號驅動所述電焊鉗前往待焊接工件的焊縫位置；

電焊鉗驅動電機，為一直流電機，為所述電焊鉗驅動設備對所述電焊鉗的驅動提供動力；

水上浮標，設置在所述水下機器人主體的上方水面上；

供電設備，設置在所述水上浮標上，包括防水密封罩、太陽能供電器件、蓄電池、切換開關和電壓轉換器，所述防水密封罩用于容納所述太陽能供電器件、所述蓄電池、所述切換開關和所述電壓轉換器，所述切換開關與所述太陽能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據蓄電池的剩余電量決定是否切換到所述太陽能供電器件以由所述太陽能供電器件供電，所述電壓轉換器與所述切換開關連接，以將通過切換開關輸入的5V電壓轉換為3.3V電壓；

GPS定位設備，設置在所述水上浮標上，由所述供電設備提供電力供應，用于接收GPS衛星發送的GPS定位數據；

聲納探測設備，設置在所述水上浮標上，由所述供電設備提供電力供應，用于探測所述水下機器人主體到所述水上浮標的相對距離，并作為第一相對距離輸出；

超聲波測距設備，設置在所述水下機器人主體上，用于測量所述水下機器人主體距離前方遺體的距離，并作為第二相對距離輸出；

靜態存儲設備，預先存儲了黑白閾值和像素數閾值，所述黑白閾值用于對圖像執行二值化處理，所述靜態存儲設備還預先存儲了灰度化焊縫模版，所述灰度化焊縫模版為對基準焊縫進行拍攝所得到的焊縫圖像執行灰度化處理而獲得；

攝像設備，位于所述水下機器人主體上，包括半球形防水透明罩、輔助照明子設備和CMOS攝像頭，所述半球形防水透明罩用于容納所述輔助照明子設備和所述CMOS攝像頭，所述輔助照明子設備為所述CMOS攝像頭的水下拍攝提供輔助照明，所述CMOS攝像頭對前方目標拍攝以獲得包含前方目標的水下圖像；

水上處理設備，用于接收所述水下機器人主體通過電纜傳送的水下信息，所述水上處理設備位于水上船舶或岸邊位置；

所述水下機器人主體包括驅動設備、電纜和嵌入式處理器，所述電纜將所述驅動設備和所述嵌入式處理器分別與所述水上處理設備連接以建立通信，所述驅動設備包括驅動控制器、左舷直流減速電機、右舷直流減速電機、沉浮電機、正螺旋槳、反螺旋槳、附帶螺旋槳和聯軸器，所述左舷直流減速電機、所述右舷直流減速電機和所述沉浮電機分別通過所述聯軸器與所述正螺旋槳、所述反螺旋槳和所述附帶螺旋槳連接，所述驅動控制器接收所述水上處理設備發送的驅動控制信號，以根據所述驅動控制信號的內容驅動所述左舷直流減速電機和所述右舷直流減速電機以分別控制所述正螺旋槳和所述反螺旋槳，驅動水下機器人主體實現前進、后退和左右動作，還用于根據所述驅動控制信號的內容驅動所述沉浮電機以控制所述附帶螺旋槳，驅動水下機器人主體實現上升與下潛動作；

所述水下焊縫識別設備包括圖像預處理子設備、二值化處理子設備、列邊緣檢測子設備、行邊緣檢測子設備、目標分割子設備和目標識別子設備，所述圖像預處理子設備與所述CMOS攝像頭連接，以對所述水下圖像依次執行自適應邊緣增強和小波濾波處理，以獲得預處理水下圖像；所述二值化處理子設備與所述圖像預處理子設備和所述靜態存儲設備分別連接，將所述預處理水下圖像的每一個像素的亮度與所述黑白閾值分別比較，當像素的亮度大于所述黑白閾值時，將像素記為白色像素，當像素的亮度小于所述黑白閾值時，將像素記為黑色像素，從而獲得二值化水下圖像；所述列邊緣檢測子設備與所述二值化處理子設備和所述靜態存儲設備分別連接，用于對所述二值化水下圖像，計算每列黑色像素的數目，將黑色像素的數目大于等于所述像素數閾值的列記為邊緣列；所述行邊緣檢測子設備與所述二值化處理子設備和所述靜態存儲設備分別連接，用于對所述二值化水下圖像，計算每行黑色像素的數目，將黑色像素的數目大于等于所述像素數閾值的行記為邊緣行；所述目標分割子設備與所述列邊緣檢測子設備和所述行邊緣檢測子設備分別連接，將邊緣列和邊緣行交織的區域作為目標存在區域，并從所述二值化水下圖像中分割出所述目標存在區域以作為目標子圖像輸出；所述目標識別子設備與所述目標分割子設備和所述靜態存儲設備分別連接，將所述目標子圖像與所述灰度化焊縫模版匹配，匹配成功，則輸出存在焊縫信號，匹配失敗，則輸出不存在焊縫信號；

其中，所述嵌入式處理器與所述GPS定位設備、所述聲納探測設備、所述超聲波測距設備、所述水上處理設備、所述水下焊縫識別設備和所述驅動設備分別連接，用于監視所述驅動設備的驅動狀態，還用于在接收到所述存在焊縫信號時，啟動所述GPS定位設備、所述聲納探測設備和所述超聲波測距設備以接收所述GPS定位數據、所述第一相對距離和所述第二相對距離，基于所述GPS定位數據、所述第一相對距離和所述第二相對距離計算并輸出焊縫GPS定位數據，并通過電纜將所述預處理水下圖像和所述焊縫GPS定位數據傳輸到所述水上處理設備；

其中，所述嵌入式處理器在接收到所述存在焊縫信號時，基于所述目標子圖像在所述水下圖像的相對位置確定電焊鉗驅動信號。