[發(fā)明專利]一種基于光視覺的水下目標(biāo)識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711011197.9
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107808161B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紅茹;朱振杰;王佳
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06K9/62;G06T5/00;G06T5/30;G06T7/11;G06T7/155;G06T7/40;G06T7/90
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 唐紅

本發(fā)明公開一種基于光視覺的水下目標(biāo)識別方法，包括以下步驟：通過水下圖像采集系統(tǒng)分別在自然光照和人工光源環(huán)境下采集水下目標(biāo)物圖像；采集到的水下圖像依次進(jìn)行圖像增強、噪點定位、去噪以及色偏校正；依次提取目標(biāo)的形狀特征、顏色特征和紋理特征；獲得的形狀特征矩陣、顏色特征矩陣和紋理特征矩陣組成訓(xùn)練樣本集，然后進(jìn)行目標(biāo)訓(xùn)練，對自然光照與人工光源下的測試樣本進(jìn)行分類，輸出分類結(jié)果。本發(fā)明能夠可靠地對水下目標(biāo)進(jìn)行識別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于光視覺的水下目標(biāo)識別方法。

背景技術(shù)

水下目標(biāo)識別技術(shù)是水下工程的重要組成部分，在軍工發(fā)展和民用開發(fā)與利用水下資源的進(jìn)程中，水下目標(biāo)識別技術(shù)是不可或缺的組成部分。

在軍事上，水下目標(biāo)識別技術(shù)可用于偵察、布雷、滅雷和援潛救生等；在民用領(lǐng)域，可用于數(shù)據(jù)收集、海底頭探測、海底考察、管道鋪設(shè)、水下設(shè)備的維護(hù)與維修等。目前，水下視覺在諸多重要領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，常用水下機器人來承擔(dān)水下目標(biāo)提取的載體，水下機器人的視覺工作能力是其執(zhí)行各種任務(wù)、獲取水下信息的重要途徑，所以用水下機器人對水下目標(biāo)圖像進(jìn)行采集、對水下目標(biāo)圖像處理與識別就顯得至關(guān)重要。

目標(biāo)識別技術(shù)是設(shè)備智能化的關(guān)鍵技術(shù)。要準(zhǔn)確地對水下目標(biāo)進(jìn)行識別，需要對水下復(fù)雜的場景環(huán)境和硬件設(shè)備有充分的了解，為了保證圖像包含足夠多的目標(biāo)與環(huán)境信息，要有穩(wěn)定均勻的光源照射。由于水對光有很大的衰減特性，即使在不含任何雜質(zhì)的純水中，光的衰減現(xiàn)象也是很嚴(yán)重的。試驗表明，光在水中的衰減是由吸收和散射這兩個互不相關(guān)的過程引起的，因此，要提出有效且識別準(zhǔn)確率較高的水下目標(biāo)識別方法，需對水下成像特點，目標(biāo)提取技術(shù)和特征提取技術(shù)要有充分的研究。在實際情況中，待識別的水下圖像目標(biāo)總是處在復(fù)雜的環(huán)境下，圖像失真嚴(yán)重，并且水下成像受光照環(huán)境影響較大。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于光視覺的水下目標(biāo)識別方法，能夠可靠地對水下目標(biāo)進(jìn)行識別。

技術(shù)方案：本發(fā)明一種基于光視覺的水下目標(biāo)識別方法，包括以下步驟：

(1)采集水下圖像，通過水下圖像采集系統(tǒng)分別在自然光照和人工光源環(huán)境下采集水下目標(biāo)物圖像；

(2)圖像預(yù)處理，將采集到的不同環(huán)境下的水下圖像編為兩組，然后對兩組水下圖像分別依次進(jìn)行圖像增強、噪點定位、去噪以及色偏校正；

(3)目標(biāo)特征提取：依次提取兩組預(yù)處理后的圖像的目標(biāo)的形狀特征、顏色特征和紋理特征；

(4)目標(biāo)訓(xùn)練與識別，將步驟(3)獲得的形狀特征矩陣、顏色特征矩陣和紋理特征矩陣組成訓(xùn)練樣本集，然后進(jìn)行目標(biāo)訓(xùn)練，對自然光照與人工光源下的兩組測試樣本進(jìn)行分類，輸出分類結(jié)果。

上述水下圖像采集系統(tǒng)包括水下攝像頭、水下照明設(shè)備(例如Draglight-60LED照明光源)、圖像采集卡(例如OK_C30A-E圖像采集卡)、臺式計算機、獨立12V直流電源和圖像處理軟件；水下攝像頭和水下照明設(shè)備均放在水下，12V直流電壓放置在岸上同時為水下攝像頭和水下照明設(shè)備提供電源，圖像采集卡安裝在臺式計算機的PCI-E插槽上，圖像處理軟件在Windows xp系統(tǒng)上進(jìn)行仿真實驗。

所述步驟(2)中圖像預(yù)處理的具體方法為：對采集到的水下圖像首先用基于暗原色先驗算法進(jìn)行增強處理，去除霧氣，凸顯紋理細(xì)節(jié)；其次，噪點定位方法對增強后的圖像進(jìn)行噪點定位，再用中值濾波算法濾去定位出的噪點；最后，由于水下圖像存在色偏現(xiàn)象，圖像偏藍(lán)綠色，會對后續(xù)的目標(biāo)特征提取與目標(biāo)識別產(chǎn)生不良影響，用視網(wǎng)膜大腦皮層理論(Retinex)法對圖像進(jìn)行色偏校正，還原圖像本色。

所述步驟(3)中目標(biāo)特征提取的詳細(xì)過程為：