[發明專利]基于弱方向梯度的水下信號燈定位方法有效
| 申請號： | 202111256315.9 | 申請日： | 2021-10-27 |
| 公開（公告）號： | CN113989628B | 公開（公告）日： | 2022-08-26 |
| 發明（設計）人： | 鄭巖;韓沛宇;張偉;郭帥克;伍文華 | 申請（專利權）人： | 哈爾濱工程大學 |
| 主分類號： | G06V20/05 | 分類號： | G06V20/05;G06V10/26;G06V10/28;G06V10/30;G06V10/34;G06V10/80 |
| 代理公司： | 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109 | 代理人： | 劉強 |
| 地址： | 150001 黑龍江*** | 國省代碼： | 黑龍江;23 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 方向 梯度 水下 信號燈 定位 方法 | ||
基于弱方向梯度的水下信號燈定位方法，涉及水下定位技術領域，針對現有技術中無法在水下準確定位信號燈的問題，本申請依靠信號燈所在區域的灰度特征、梯度特征和面積特征來融合得到信號燈的圖像特征，最終完成對信號燈的分割和識別，最后再修復信號燈所在區域，進而估算信號燈中心點的位置信息，也就是其再圖像中的行列坐標，WDG能夠提取到信號燈在圖像中所占的區域，而RBMP能夠降低低灰度物體的干擾。本申請可以準確定位水下信號燈。
技術領域
本發明涉及水下定位技術領域，具體為基于弱方向梯度的水下信號燈定位方法。
背景技術
近年來，世界主流強國都在研究水下無人潛航器(UUV)技術，它是現在和未來先進海洋力量的重要組成部分。目前，光學導引仍是UUV在水下自主回收和對接任務中確定前進方向的重要方法。所謂光學導引，通常來說就是在水下回收籠或對接裝置上固定位置安裝若干信號燈，形成信號燈陣，然后依靠UUV上的光學鏡頭尋找并攝錄信號燈陣，再根據攝錄圖像中燈陣的分布形態來計算鏡頭與燈陣的相對位置關系，最終推算UUV與回收裝置的相對距離適量。
從圖像處理角度來說，水池中的信號燈基本都是灰度值最高區域，而自然海域中信號燈的灰度值可能不是最高的，特別是燈陣深度數不大的情況下，所以單純依靠灰度值的二值分割，從理論上有一定的缺陷。另外由于部分區域海水相對于水池較混濁，透光率較低，信號燈無法形成較明顯的輪廓，依靠輪廓或邊緣的信號燈定位方法無法在水下準確定位信號燈。
發明內容
本發明的目的是：針對現有技術中無法在水下準確定位信號燈的問題，提出基于弱方向梯度的水下信號燈定位方法。
本發明為了解決上述技術問題采取的技術方案是：
基于弱方向梯度的水下信號燈定位方法，包括以下步驟：
步驟一：獲取海域灰度圖像；
步驟二：獲取海域灰度圖像的梯度圖；
步驟三：在梯度圖像所在的二維平面上選定兩個相互正交的方向，然后計算梯度圖像中每個像素在這兩個方向上的梯度數值，選擇其中較小的梯度數值即為弱方向梯度，利用梯度圖像中所有像素對應的弱方向梯度構成弱方向梯度圖；
步驟四：針對海域灰度圖像采用平均灰度值反向二值化定位得到低灰度物體所在區域，然后對低灰度物體所在區域進行膨脹形態學處理，得到低灰度物體區域膨脹圖；
步驟五：記錄低灰度物體區域膨脹圖中數值為1的像素值位置信息，然后根據該位置信息將弱方向梯度圖中對應的像素置零，得到部分置零弱方向梯度圖；
步驟六：計算部分置零弱方向梯度圖中所有不為零的像素的平均值，并以該平均值為閾值對部分置零弱方向梯度圖進行二值化處理，得到連通域；
步驟七：將連通域中面積小于海域灰度圖像萬分之五的連通域中的像素置零；
步驟八：將步驟七中剩余的連通域逐個填充孔洞并適度平滑邊緣，分別得到新連通域，新連通域的幾何中心行列數即為信號燈坐標。
進一步的，所述梯度圖通過中值差分法得到。
進一步的，所述中值差分法表示為：
IGRC(r,c)＝IGR(r,c)+IGC(r,c)
其中，r和c分別為行列號，IGR(r,c)為像素點I(r,c)在行方向上的梯度值，IGC(r,c)為像素點I(r,c)在列方向上的梯度值，I(r,c)為圖像I中的一個像素點。
進一步的，所述IGR(r,c)表示為：
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