[發明專利]一種水下柔性障礙物檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201910871265.1
• 申請日: 2019-09-16
• 公開（公告）號: CN110579777A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 呂文紅;王國娟;郭銀景;范曉靜;張建華;魏珊;葛家麗;鮑健康
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01S17/93
• 分類號: G01S17/93
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張曉鵬

本公開屬于水下障礙物檢測技術領域，具體涉及一種水下柔性障礙物檢測系統及方法。現有技術中針對水下障礙物的檢測多集中于剛性障礙物，針對柔性障礙物的檢測尚屬空白。針對該現狀，本公開提供了一種針對水下柔性障礙物進行檢測的系統及方法，該系統包括云臺、檢測裝置及數據處理系統，通過全方位云臺控制激光發射器對待檢測區域進行均勻掃描，光敏元件接收障礙物返回的信號并轉換為電平信號輸送至數據處理系統，數據處理系統通過分析電平信號變化率與角度的關系獲取障礙物圖像，通過與已知障礙物的圖像進行對比獲知障礙物類型。

技術領域

本公開屬于水下障礙物檢測技術領域，具體涉及一種水下柔性障礙物檢測系統、相應的檢測方法及應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本公開總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

目前主要的水下障礙物檢測主要采用圖像聲吶設備，按照掃描方式的不同圖像聲吶分為扇掃聲吶和側掃聲吶，可以在固定不動的情況下得到同一場景的多幀視頻圖像。因此，目前水下運動障礙物的檢測技術大多基于多波前視聲吶。

水下常見障礙物按其性質可分為兩大類：自然航行障礙物，如礁石、淺灘、海草等；人為航行障礙物，如沉船、漁礁、漁柵和海上養殖場等。聲吶設備觸碰到如礁石、沉船等硬質障礙物，會返回相應的信號，通過對聲吶返回的圖像進行處理獲取障礙物信息。圖像處理方面，常見的處理技術包括：圖像增強法、圖像分割法、圖像去噪法、目標特征提取與分類法、目標檢測法、跟蹤識別法等；前視聲吶連續成像的識別方法又有圖像融合、目標檢測和跟蹤識別等。發明人認為，上述通過圖像處理獲取障礙物信息的方法建立在聲吶前視技術的基礎上，因此，上述技術通常用于水下硬質障礙物的檢測。而如海草、魚群、繩索等柔性障礙物對聲吶吸收作用較強，無法返回可供清晰識別的圖像，因此，上述技術手段并不適用于水下柔性障礙物的檢測。

發明內容

針對上述研究背景，發明人認為，水下無人航行中對柔性障礙物 (如水草、魚群、漁網、繩索等)的識別具有重要的應用價值，例如防止航行器被纏繞影響航行、作為海水養殖水下移動檢測系統、河道湖泊水下移動檢測系統等。水下柔性障礙物檢測技術無論在軍事還是在民用領域都有廣闊的應用前景，提供一種水下柔性障礙物的檢測技術具有重要意義。

為了實現上述技術效果，本公開提供以下技術方案：

本公開第一方面，提供一種水下柔性障礙物檢測系統，所述檢測系統包括支撐設備、檢測裝置及數據處理系統；

所述支撐設備用于固定檢測裝置及數據處理系統以及控制檢測裝置的移動；

所述檢測裝置包括殼體、激光發射器、光敏元件及顯示器，所述激光發射器及光敏元件安裝在殼體上；所述激光發射器用于發射波束激光信號，所述光敏元件用于接收障礙物散射后的激光信號并將其轉換成電平信號輸送至數據處理系統；所述顯示器用于輸出數據處理系統處理過的障礙物信號；

所述數據處理系統包括存儲器、處理器及存儲在處理器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行如下的數據處理方法：將光敏元件輸送的電平信號進行對消處理，消除其中直達反射波分量；以光束與水平方向夾角α和豎直方向夾角β為自變量，電平信號為因變量，獲取角度與電平信號映射關系f(α,β)，并對二維信號進行求導銳化，獲得電平信號變化率與水平角α和垂直角β的關系，并將其轉化成可視圖像經顯示器顯示。