[發明專利]一種水下機器人的水下圖像處理系統

在審

• 申請號: 202111154020.0
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113992888A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 李元超;吳鐘解;陳石泉;郎尚昆;張劍;于洋
• 申請（專利權）人: 海南省海洋與漁業科學院
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;H04N5/235;H04N5/232;H04N9/73;B63C11/52
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

1.一種水下機器人的水下圖像處理系統，其特征是：包括設置于水面下的水下圖像采集單元、水下圖像實時處理單元、通訊傳輸及顯示單元和數據存儲單元；

所述水下圖像采集單元用于采集水下圖像信息并將采集的圖像信息傳輸至水下圖像實時處理單元；所述水下圖像實時處理單元對水下圖像采集單元采集的水下圖像信息進行實時處理與優化，并將處理與優化后的圖像信息傳遞至數據存儲單元進行存儲；所述通訊傳輸及顯示單元用于對存儲至數據存儲單元內的數據信息進行傳輸及顯示；

所述水下圖像采集單元包括圖像采集主體、用于驅動圖像采集主體旋轉的穩定驅動支架、安裝于圖像采集主體上的超高清渾水透攝像頭(5)和安裝于圖像采集主體上的補光裝置；

所述水下圖像實時處理單元包括圖像處理單元和信息反饋控制單元，所述圖像處理單元用于對采集的圖像進行優化處理，所述信息反饋控制單元用于對穩定驅動支架、超高清渾水透攝像頭(5)和補光裝置進行信息反饋及控制。

2.根據權利要求1所述的一種水下機器人的水下圖像處理系統，其特征是：所述穩定驅動支架包括驅動轉軸一(1)、驅動轉軸二(2)、驅動轉軸三(3)和安裝固定支架(4)；所述驅動轉軸一(1)與驅動轉軸二(2)之間設有曲狀連接桿一(8)，所述曲狀連接桿一(8)的一端與驅動轉軸一(1)旋轉活動連接，所述曲狀連接桿一(8)的另一端與驅動轉軸二(2)固定連接；所述驅動轉軸二(2)與驅動轉軸三(3)之間設有曲狀連接桿二(9)，所述曲狀連接桿二(9)的一端與曲狀轉軸二活動連接，所述曲狀連接桿二(9)的另一端與驅動轉軸三(3)旋轉活動連接；所述安裝固定支架(4)固定連接于驅動轉軸二(2)與驅動轉軸三(3)之間；所述驅動轉軸一(1)、驅動轉軸二(2)和驅動轉軸三(3)均勻旋轉電機(10)和旋轉軸(11)構成。

3.根據權利要求2所述的一種水下機器人的水下圖像處理系統，其特征是：所述圖像采集主體安裝于安裝固定支架(4)上，所述圖像采集主體為透明防沖擊罩(6)；所述超高清渾水透攝像頭(5)為多個，且多個超高清渾水透攝像頭(5)均勻分布于透明防沖擊罩(6)的內側壁。

4.根據權利要求3所述的一種水下機器人的水下圖像處理系統，其特征是：所述補光裝置為多個LED燈組(7)，且多個LED燈組(7)分布均勻分布于透明防沖擊罩(6)的內側壁。

5.根據權利要求1所述的一種水下機器人的水下圖像處理系統，其特征是：所述圖像處理單元對采集的圖像進行優化處理的方法為：

S1、構建成像模型，所述成像模型為：Itotal(a，b)＝A(a，b)+F(a，b)；

其中，Itotal(a，b)為采集到的水下原始圖像，A(a，b)為物體表面反射的光經過水體衰減和經過前向散射作用后到達探測系統的光強；F(a，b)為由水下粒子后向散射產生的水下背景光強；

A(a，b)的表達式為：A(a，b)＝L(a，b)e-β(a，b)ρ(a，b)；其中，L(a，b)為水下目標有效幅值信息；

水下傳輸率為：t(a，b)＝e-β(a，b)ρ(a，b)

其中，β(a，b)表示水體對光的吸收和散射的總衰減系數；ρ(a，b)是光源與成像系統之間的相對距離；

F(a，b)的表達式為：F(a，b)＝F∞(1-t(a，b))

其中，F∞為水下無窮遠處的背景光強，t(a，b)為光在水下的傳輸率；通過Itotal(a，b)的表達式求出成像系統的光強表達式為：

Itotal(a，b)＝L(a，b)t(a，b)+F∞(1-t(a，b))

聯立上述公式，得水下傳輸率的表達式：

則圖像的光強表達式為：

S2、估算無窮遠處背景光；在暗原色先驗的基礎上，采用亮原色原理的方法估計無窮遠處的背景光強值，亮原色的表達式為：

Lbright＝max_c∈{r，g，b}(max_z∈Ω(a，b)(L^c(z)))；

其中，L^c為輸入圖像的一個顏色通道，Ω(a，b)指以(a，b)為中心的圖像區域；亮通道圖像時輸入圖像經過兩次最大值計算得到的；此時，獲取到的圖像的模型表示為：Itotal(a，b)＝L(a，b)t(a，b)+F∞(1-t(a，b))＝F∞ρt(a，b)+F∞(1-t(a，b))；

其中，ρ為物體表面反射率，在亮通道中為常數1，亮原色的表達式可表述為：Lbright＝F∞；

S3、對每個像素位置均對紅色通道的衰減進行補償，達到白平衡的效果。