[發明專利]一種聲納圖像管線檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201811416981.2
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109658386B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 馬國軍;丁安;周大年;鄭威;朱琎;李效龍;曾慶軍
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06T5/00;G06T5/30
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種聲納圖像管線檢測系統及方法。所述聲納圖像管線檢測系統包括水上計算機和自主式水下機器人。自主式水下機器人搭載系統包括：側掃聲納、PC104控制板、全球定位系統、聲速儀、慣性導航系統、STM32控制板、直流舵機、直流電機、直流電源。所述聲納圖像管線檢測方法流程包括：高斯濾波、恒虛警率算法、形態學處理、去除虛警噪聲、Hough變換、曲線擬合。本發明可根據聲納圖像背景噪聲調整閾值，使虛警概率保持不變，具有較高的魯棒性。此外，發明可根據Hough變換檢測出線段的方向信息，自主調整擬合方法，同時適用于直行與彎曲管線，并計算出管線的位置和走向，可用于水下導航。

技術領域

本發明涉及一種聲納圖像管線檢測系統及方法，屬于檢測技術領域。

背景技術

自1945年人類在墨西哥灣下埋設了第一條海底管道后，海底管線成了能源運輸和信息通信的重要通道。據相關資料顯示，我國在海底埋設了數千公里的管線以滿足輸油輸氣和通信的需求。海底管線長時間浸泡于腐蝕性強的海水中，且受海底地殼運動的影響，極易發生破損斷裂。世界上已發生多起海底管線事故，造成巨大的經濟損失和環境污染，定期檢測和維護管線成為一項重要的任務。

管線檢測常用的傳感器有光學攝像機和聲學聲納。光學攝像機受海水渾濁度影響較大，且需要配備高亮光源，同時不容易獲取距離信息。聲納探測距離遠，不受海水渾濁度影響，且能實時獲取距離信息。但是聲速受海水影響，在計算距離時采用理論聲速會造成誤差。

唐旭東研究了單目視覺的水下管線檢測與跟蹤技術，但光學成像受海水渾濁度影響，探測距離有限。Fernandes研究了自主式水下機器人管線檢測技術，需要根據公司數據庫識別管道及其位置，不能在未知管線位置的前提下檢測管線。劉立昕將光學成像和聲納成像相結合，采用改進的Hough變換，提高了檢測的準確性和實時性，但受水質影響的情況仍然存在。

現有的濾波算法和閾值檢測可以在一定程度上提高管線檢測的準確性。但是，在濾除噪聲的同時很可能破壞管線結構。聲納圖像管線邊緣模糊粗糙，而且存在管線彎曲的情況，常規的直線檢測算法很難直接解決管線的定位問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中聲納定位有誤差、低信噪比下不能檢測管線、不能檢測彎曲管線等問題，實現自主式水下機器人檢測聲納圖像管線位置和走向信息，提供一種聲納圖像管線檢測系統及方法。

為達到上述目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種聲納圖像管線檢測系統，包括水面上的計算機3和水面下的自主式水下機器人(Autonomous?Underwater?Vehicle，AUV)1；所述自主式水下機器人1是可位移的潛艇式水下機器人。所述計算機3與自主式水下機器人1通過無線通信互相通信；

所述自主式水下機器人1搭載：側掃聲納2、PC104控制板4、慣性導航系統5、全球定位系統6、聲速儀7、STM32控制板8、直流舵機9、直流電機10、直流電源11；所述側掃聲納2與PC104控制板4相連，側掃聲納2獲取海底聲納圖像并將聲納圖像傳至PC104控制板4；所述全球定位系統6與PC104控制板4相連，將自主式水下機器人1位置信息傳至PC104控制板4；所述慣性導航系統5與PC104控制板4相連，將自主式水下機器人1的位姿和導航信息傳至PC104控制板4；所述聲速儀7與PC104控制板4相連，將聲速信息傳至PC104控制板4；所述PC104控制板4通過無線通信將聲納圖像、全球定位系統位置信息、自主式水下機器人1的位姿和導航信息、聲速傳輸給水面上的計算機3；所述STM32控制板8與PC104控制板4相連，根據計算機3反饋信息控制自主式水下機器人1運行；所述直流電源11與PC104控制板4和STM32控制板8相連，為自主式水下機器人1搭載儀器供電；所述直流舵機9與STM32控制板8相連，控制自主式水下機器人1設備運行方向；所述直流電機10與STM32控制板8相連，驅動螺旋槳。

一種聲納圖像管線檢測方法，包括如下步驟：