[發明專利]一種基于機器視覺的水域垃圾自動清潔船及自動清潔方法

有效

• 申請號: 201710133781.5
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106741683B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 雷萌;邊寧;李明;沙連帥;付皓文;張立
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B63B35/32
• 分類號: B63B35/32;E02B15/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種基于機器視覺的水域垃圾自動清潔船及自動清潔方法。

背景技術

在我國，對人工湖、水庫、小型河道的垃圾清理目前仍多以人工清理為主，效率較低。水面智能清潔無人船相比于人工清污，降低了風險系數、減少了人力投入、提高了工作效率，但從目前清潔船大多面向大規模水域或海域。目前現有的垃圾清潔無人船多使用人工規劃的行駛路線進行清理，或使用成本較高的激光雷達等傳感器，較少涉及結合機器視覺的導航算法。其太陽能裝置多固定于船身，角度無法自行調節。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種基于機器視覺的水域垃圾自動清潔船及自動清潔方法，可實現小規模水域內的垃圾自動識別與清理功能。

技術方案：一種基于機器視覺的水域垃圾自動清潔方法，在垃圾清潔船上設置攝像頭和位置定位模塊，通過所述攝像頭采集水面圖像，對所述水面圖像進行處理得到水面垃圾坐標位置，根據水面垃圾坐標位置設定垃圾清潔船的巡航路線，所述垃圾清潔船根據所述巡航路線進行，在水面垃圾位置處進行垃圾收集。

進一步的，對所述水面圖像進行處理得到水面垃圾坐標位置包括如下步驟：

1)，將圖像縮放后對圖像進行二值化處理，將二值化閾值從255開始逐漸減小，并使用邊緣檢測提取輪廓，直到檢測到第一條邊緣；

2)，利用Hough直線檢測提取此時二值化圖像中的直線；

3)，對直線以上部分進行屏蔽，保留直線以下部分；

4)，對直線以下部分的圖像應用自適應二值化和Canny邊緣檢測處理；

5)，對于邊緣內部的閉合區域面積以及閉合區域的中心點位置進行計算；

6)，對于閉合區域的面積進行篩選，提取面積在5至1000像素范圍內的閉合區域；

7)，對篩選的到的閉合區域做最小外接正方形并截取，對截取到的局部圖像進行特征提取后，判斷是否為垃圾，并計算得到垃圾的坐標位置。

進一步的，所述垃圾清潔船的動力電源由船體上的角度可調太陽能電池板提供，通過舵機控制太陽能電池板的朝向始終正對太陽。

一種基于機器視覺的水域垃圾自動清潔船，包括船身主體、船體推進驅動機構，在船體主體的頂部設有俯仰角和方向角可調的太陽能電池板，電池板的俯仰角和方向角由舵機控制，船身主體前方有攝像頭以及GPS模塊，攝像頭用于采集水面圖像，船身主體底部設有垃圾收集網；船身內部設有控制器，攝像頭采集的水面圖像傳輸到控制器中；其中，所述控制器包括：

圖像處理模塊，用于對水面圖像進行處理得到水面垃圾坐標位置；

巡航路線設定模塊，用于根據水面垃圾坐標位置設定垃圾清潔船的巡航路線；

驅動控制模塊，用于控制船體推進驅動機構動作，船體沿巡航路線進行。

進一步的，所述控制器還包括舵機控制模塊，所述舵機控制模塊輸出控制信號到所述舵機，控制太陽能電池板的朝向始終正對太陽。

有益效果：本發明的一種基于機器視覺的水域垃圾自動清潔船及自動清潔方法，能夠對水面圖像進行處理得到水面垃圾坐標位置，根據水面垃圾坐標位置設定垃圾清潔船的巡航路線，垃圾清潔船根據巡航路線進行，在水面垃圾位置處進行垃圾收集。本發明可以根據水面圖像自動判斷垃圾的位置和距離，并自動行駛至垃圾處并收集垃圾，在未發現垃圾時自動巡航，因此可減少人力投入，降低工作風險，提高工作效率。

附圖說明

圖1為本發明方法的流程圖；

圖2為基于機器視覺的水域垃圾自動清潔船的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做更進一步的解釋。

一種基于機器視覺的水域垃圾自動清潔方法，在垃圾清潔船上設置攝像頭和位置定位模塊，通過攝像頭采集水面圖像，對水面圖像進行處理得到水面垃圾坐標位置，根據水面垃圾坐標位置設定垃圾清潔船的巡航路線，垃圾清潔船根據巡航路線進行，在水面垃圾位置處進行垃圾收集。垃圾清潔船的動力由船體上的角度可調太陽能電池板提供，通過舵機控制太陽能電池板的朝向始終正對太陽。

如圖1所示，對水面圖像使用OpenCV計算機視覺庫進行編程，處理得到水面垃圾坐標位置包括如下步驟：

1)，將圖像縮放為640×480像素大小，對圖像進行二值化處理，將二值化閾值從255開始逐漸減小，并使用邊緣檢測提取輪廓，直到檢測到第一條邊緣；此第一條邊緣即為當閾值減小到一定程度時，檢測到的圖像中反差最顯著的區域。