[發明專利]一種基于機器視覺的水下網衣系統破損檢測方法

有效

• 申請號: 201911332867.6
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111047583B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 趙云鵬;杜海;畢春偉;牛麗娟
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/187;G06V10/25;G06V10/26;G06V10/28;G01N21/88
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于海洋工程與信息技術融合技術領域，提供了一種基于機器視覺的水下網衣系統破損檢測方法，包括網孔信息識別及網孔異常檢測。本發明基于機器視覺的網箱水下網衣破損檢測方法，通過ROV水下機器人獲取網衣原始視頻圖像，基于傳統圖像處理技術去除水下噪聲，之后簡化網衣圖像為二值圖。通過連通域分割獲取每個網孔的面積，并形成網衣特征梯度曲線，確定網衣破損判別公式，根據自適應網衣異常閾值來判斷網衣破損情況，并準確返回原始圖像中網衣破損位置，自動框出網衣破損面積。本方法在整個網衣破損檢測過程中均自動檢測分析，提高網衣檢測效率的同時，可有效降低網衣破損檢測中的人力消耗，保障工作人員人身安全。

技術領域

本發明屬于海洋工程與信息技術融合技術領域，涉及一種網衣破損狀態檢測方法，尤其涉及一種具有非接觸式和準確檢測破損程度及位置功能的方法。

背景技術

漁業是我國農業及國民經濟的重要組成部分，為了實現漁業的可持續發展，維護海洋生態平衡，海洋捕撈作業逐漸從傳統的粗狂過渡捕撈發展為間歇式的捕撈和集約式的海水網箱養殖的現狀。隨著海產品需求缺口的不斷增大和近海養殖環境的日益惡劣，深遠海網箱養殖成為我國海水漁業養殖的主要發展方向，作為科技含量較高的養殖方式，深遠海網箱養殖是高投入、高風險和高收益的養殖行業類型。其具有抗浪力強，集約化程度高，產量高，養殖水體流動性強、成魚品質優質，經濟效益顯著，成為了擴大生存空間，發展海洋漁業產業的一個新的經濟增長點。

深遠海網箱系統主要由框架系統、網衣系統、錨錠系統及配套設施組成。大型深遠海養殖網箱在風、浪、流等作用下會發生結構破壞。其中最關鍵的組成部分即水下網衣系統，一旦發生破壞若未及時發現，將會導致大量魚類逃逸，造成很嚴重的經濟損失以及生態污染。然而，網箱網衣的破損檢測一直處于技術滯后狀態。目前養殖過程中針對網衣檢測，常采用定期換網或聘請專業的潛水員進行水下網目排查的方式，其過程較為繁瑣，不僅存在操作效率問題，還無法保證工作人員的安全。因此，網衣檢測成為了影響深遠海網箱養殖健康發展的一個關鍵問題。

針對上述問題，本發明以水下網箱監測實際應用為背景，基于傳統圖像處理技術提出了水下網衣破損檢測的一種新方法，利用水下機器人(ROV，Remote OperatedVehicle)進行網衣視頻圖像的采集，通過對網衣視頻的預處理，提高網衣圖像的像素質量，去除使圖像變得模糊的水下噪聲，增強網衣目標與水體背景的對比度，使得網衣圖像可以很好地被計算機識別與計算；利用二值化圖像分割方法使得每個網孔成為一個獨立的研究對象，以便于后續對網孔進行破損檢測計算；之后根據網孔面積構建特征梯度曲線，并基于曲線的特征值判斷網孔異常情況。最后進行了網衣狀態檢測實驗，使用水下機器人在波流水槽內進行網衣檢測實驗，對本發明所提方法進行了驗證，并證實了該方法的有效性。本發明具有非接觸式、智能化檢測的特點，為進一步實現深海養殖網箱的日常無人化監測提供了有效方法。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統檢測手段的不足，提供一種全新的檢測方法，為一種基于機器視覺的水下網衣系統破損檢測方法，用以檢測深水網箱網衣的破損情況。

本發明的技術方案：

一種基于機器視覺的水下網衣系統破損檢測方法，包括網孔信息識別及網孔異常檢測；

(一)網孔信息識別，包括網衣圖像預處理、圖像二值化、連通域分割、網衣特征梯度曲線構造，具體步驟如下：

(1)利用水下機器人(ROV)對水下網衣進行視頻采集，獲取網箱網衣局部圖像；

(2)進行網衣圖像預處理，包括：

(2.1)將網衣視頻輸入到計算機中，轉化為單幀圖像，設定網衣圖像的主分析區域(ROI)，忽略圖像邊緣區域，以提高計算機計算速度及精度；

(2.2)將ROI區域內的網衣像素矩陣進行雙邊帶濾波操作，在保留網衣邊緣的同時去除其它噪聲；