[發明專利]一種基于激光成像的暗礁檢測方法

在審

• 申請號: 201510470998.6
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN105059508A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 劉杰
• 申請（專利權）人: 劉杰
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;H04N5/232
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，尤其涉及一種基于激光成像的暗礁檢測方法。

背景技術

在水下地形勘測中，執行勘測任務的水下設備需要對復雜的暗礁進行識別、定位和規避，然而，現有技術中使用激光圖像檢測的技術方案通過難以準確控制在水下成像的快門時間，同時，目前的暗礁識別和定位設備精度不高，規避設備策略不夠合理。

為此，本發明提出了一種基于激光成像的暗礁檢測系統，能夠對復雜的暗礁形狀進行識別和定位，能夠適應水下工作環境，而且能夠精確控制水下成像快門時間，從而順利完成水下地形勘測任務。

發明內容

為了解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種基于激光成像的暗礁檢測系統，利用聲納和聲納成像設備控制水下激光成像器的快門觸發時間，提高水下激光圖像的精細度，同時，采用包括邊緣檢測的圖像識別技術和合理的水下規避策略，使得水下地形勘測成為可能。

根據本發明的一方面，提供了一種基于激光成像的暗礁檢測方法，該方法包括：1)提供一種基于激光成像的暗礁檢測系統，用于水下暗礁識別，所述檢測系統包括激光成像設備、靜態存儲設備和暗礁檢測設備，所述激光成像設備基于聲納圖像處理結果啟動對水下激光圖像的拍攝，所述靜態存儲設備預先存儲暗礁檢測所需數據，所述暗礁檢測設備與所述激光成像設備和所述靜態存儲設備分別連接，對所述水下激光圖像進行圖像處理以確定是否存在暗礁目標；2)運行所述系統。

更具體地，在所述基于激光成像的暗礁檢測系統中，還包括：驅動設備，設置在所述檢測系統主體架構上，用于為所述檢測系統的行進提供輔助動力，所述輔助動力的方向為上行、下浮、左向、右向、前進和后退；挖掘設備，設置在所述檢測系統主體架構上，包括挖掘電機和挖掘驅動器，所述挖掘驅動器與所述挖掘電機連接，用于對前方暗礁進行挖掘；聲納設備，設置在所述檢測系統主體架構上，用于對水下目標執行聲納圖像采集，以獲得聲納圖像；聲納圖像處理設備，設置在所述檢測系統主體架構上，與所述聲納設備和所述靜態存儲設備分別連接，包括第一檢測子設備、第二檢測子設備和目標距離檢測子設備，所述第一檢測子設備與所述聲納設備和所述靜態存儲設備分別連接，用于采用亮度閾值上限遍歷聲納圖像以分割出核心目標區域；所述第二檢測子設備與所述第一檢測子設備和所述靜態存儲設備分別連接，用于以所述核心目標區域的邊緣點作為種子點，利用亮度閾值下限對核心目標區域附近的像素點進行亮度判斷，以獲得并分割出最終目標區域；所述目標距離檢測子設備與所述第二檢測子設備連接，計算最終目標區域的中心點到聲納圖像檢測原點的距離并作為目標距離輸出；所述激光成像設備，設置在所述檢測系統主體架構上，包括激光器、探測器和微控制器，所述激光器對水下目標發出激光束，以在所述激光束被水下目標反射到所述探測器時，便于所述探測器的拍攝，所述微控制器與所述聲納圖像處理設備、所述激光器和所述探測器分別連接，基于目標距離和激光在水下傳播速度確定所述探測器快門的選通時間，并在選通時間到達時，選通所述探測器的快門，觸發所述探測器對水下目標進行拍攝，以獲得水下激光圖像；所述靜態存儲設備，設置在所述檢測系統主體架構上，預先存儲了亮度閾值上限和亮度閾值下限，還用于預先存儲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暗礁模版，所述灰度化暗礁模版為對基準暗礁進行拍攝所得到的暗礁圖像執行灰度化處理而獲得，還預先存儲了暗礁面積閾值、暗礁高度閾值和暗礁寬度閾值，所述暗礁面積閾值與所述挖掘設備的挖掘輸出功率成正比，所述暗礁高度閾值與所述驅動設備瞬時爬升輸出功率成正比，所述暗礁寬度閾值與所述驅動設備瞬時繞行輸出功率成正比；所述暗礁檢測設備，設置在所述檢測系統主體架構上，與所述激光成像設備連接，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激光成像設備連接，以對所述水下激光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暗礁模版匹配，匹配成功，則輸出存在暗礁信號，匹配失敗，則輸出不存在暗礁信號；暗礁狀態分析設備，與所述暗礁檢測設備和所述聲納圖像處理設備分別連接，當接收到所述存在暗礁信號時，基于所述目標距離和所述目標子圖像占據所述二值化水下圖像的面積百分比計算水下暗礁橫向面積，基于所述目標距離和所述目標子圖像縱向高度占據所述二值化水下圖像縱向高度的高度百分比計算水下暗礁高度，基于所述目標距離和所述目標子圖像橫向寬度占據所述二值化水下圖像橫向寬度的寬度百分比計算水下暗礁寬度；數字信號處理器，設置在所述檢測系統主體架構上，與所述暗礁檢測設備連接，用于在接收到所述存在暗礁信號時，將所述目標子圖像執行MPEG-4壓縮編碼以獲得壓縮圖像，并將所述壓縮圖像和所述存在暗礁信號通過水下電纜傳送到水上處理中心；其中，所述數字信號處理器還與所述暗礁狀態分析設備、所述暗礁檢測設備和所述靜態存儲設備分別連接，當接收到所述存在暗礁信號時，將所述水下暗礁橫向面積與所述暗礁面積閾值比較，所述水下暗礁橫向面積小于等于所述暗礁面積閾值則發出挖掘驅動信號，所述水下暗礁橫向面積大于所述暗礁面積閾值則進入躲避工作模式；所述數字信號處理器在所述躲避工作模式中執行以下操作：當所述水下暗礁高度小于等于所述暗礁高度閾值時則發出上升驅動信號，當所述水下暗礁高度大于所述暗礁高度閾值時，進一步判斷所述水下暗礁寬度和所述暗礁寬度閾值的比較結果：當所述水下暗礁寬度小于等于所述暗礁寬度閾值時則發出左右繞行驅動信號，否則，發出后退驅動信號；所述數字信號處理器還與所述驅動設備連接，以將所述上升驅動信號、所述左右繞行驅動信號或后退驅動信號發送到所述驅動設備；所述數字信號處理器還與所述挖掘驅動器連接，以將所述挖掘驅動信號發送到所述挖掘驅動器。