一种基于激光成像的暗礁检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于激光成像的暗礁检测方法。
【背景技术】
[0002]在水下地形勘测中，执行勘测任务的水下设备需要对复杂的暗礁进行识别、定位和规避，然而，现有技术中使用激光图像检测的技术方案通过难以准确控制在水下成像的快门时间，同时，目前的暗礁识别和定位设备精度不高，规避设备策略不够合理。
[0003]为此，本发明提出了一种基于激光成像的暗礁检测系统，能够对复杂的暗礁形状进行识别和定位，能够适应水下工作环境，而且能够精确控制水下成像快门时间，从而顺利完成水下地形勘测任务。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于激光成像的暗礁检测系统，利用声纳和声纳成像设备控制水下激光成像器的快门触发时间，提高水下激光图像的精细度，同时，采用包括边缘检测的图像识别技术和合理的水下规避策略，使得水下地形勘测成为可能。
[0005]根据本发明的一方面，提供了一种基于激光成像的暗礁检测方法，该方法包括:I)提供一种基于激光成像的暗礁检测系统，用于水下暗礁识别，所述检测系统包括激光成像设备、静态存储设备和暗礁检测设备，所述激光成像设备基于声纳图像处理结果启动对水下激光图像的拍摄，所述静态存储设备预先存储暗礁检测所需数据，所述暗礁检测设备与所述激光成像设备和所述静态存储设备分别连接，对所述水下激光图像进行图像处理以确定是否存在暗礁目标；2)运行所述系统。
[0006]更具体地，在所述基于激光成像的暗礁检测系统中，还包括:驱动设备，设置在所述检测系统主体架构上，用于为所述检测系统的行进提供辅助动力，所述辅助动力的方向为上行、下浮、左向、右向、前进和后退；挖掘设备，设置在所述检测系统主体架构上，包括挖掘电机和挖掘驱动器，所述挖掘驱动器与所述挖掘电机连接，用于对前方暗礁进行挖掘；声纳设备，设置在所述检测系统主体架构上，用于对水下目标执行声纳图像采集，以获得声纳图像；声纳图像处理设备，设置在所述检测系统主体架构上，与所述声纳设备和所述静态存储设备分别连接，包括第一检测子设备、第二检测子设备和目标距离检测子设备，所述第一检测子设备与所述声纳设备和所述静态存储设备分别连接，用于采用亮度阈值上限遍历声纳图像以分割出核心目标区域；所述第二检测子设备与所述第一检测子设备和所述静态存储设备分别连接，用于以所述核心目标区域的边缘点作为种子点，利用亮度阈值下限对核心目标区域附近的像素点进行亮度判断，以获得并分割出最终目标区域；所述目标距离检测子设备与所述第二检测子设备连接，计算最终目标区域的中心点到声纳图像检测原点的距离并作为目标距离输出；所述激光成像设备，设置在所述检测系统主体架构上，包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对水下目标发出激光束，以在所述激光束被水下目标反射到所述探测器时，便于所述探测器的拍摄，所述微控制器与所述声纳图像处理设备、所述激光器和所述探测器分别连接，基于目标距离和激光在水下传播速度确定所述探测器快门的选通时间，并在选通时间到达时，选通所述探测器的快门，触发所述探测器对水下目标进行拍摄，以获得水下激光图像；所述静态存储设备，设置在所述检测系统主体架构上，预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限，还用于预先存储黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述静态存储设备还预先存储了灰度化暗礁模版，所述灰度化暗礁模版为对基准暗礁进行拍摄所得到的暗礁图像执行灰度化处理而获得，还预先存储了暗礁面积阈值、暗礁高度阈值和暗礁宽度阈值，所述暗礁面积阈值与所述挖掘设备的挖掘输出功率成正比，所述暗礁高度阈值与所述驱动设备瞬时爬升输出功率成正比，所述暗礁宽度阈值与所述驱动设备瞬时绕行输出功率成正比；所述暗礁检测设备，设置在所述检测系统主体架构上，与所述激光成像设备连接，包括图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备，所述图像预处理子设备与所述激光成像设备连接，以对所述水下激光图像依次执行自适应边缘增强和小波滤波处理，以获得预处理水下图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述预处理水下图像的每一个像素的亮度与所述黑白阈值分别比较，当像素的亮度大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的亮度小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化水下图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化水下图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述目标子图像与所述灰度化暗礁模版匹配，匹配成功，则输出存在暗礁信号，匹配失败，则输出不存在暗礁信号；暗礁状态分析设备，与所述暗礁检测设备和所述声纳图像处理设备分别连接，当接收到所述存在暗礁信号时，基于所述目标距离和所述目标子图像占据所述二值化水下图像的面积百分比计算水下暗礁横向面积，基于所述目标距离和所述目标子图像纵向高度占据所述二值化水下图像纵向高度的高度百分比计算水下暗礁高度，基于所述目标距离和所述目标子图像横向宽度占据所述二值化水下图像横向宽度的宽度百分比计算水下暗礁宽度；数字信号处理器，设置在所述检测系统主体架构上，与所述暗礁检测设备连接，用于在接收到所述存在暗礁信号时，将所述目标子图像执行MPEG-4压缩编码以获得压缩图像，并将所述压缩图像和所述存在暗礁信号通过水下电缆传送到水上处理中心；其中，所述数字信号处理器还与所述暗礁状态分析设备、所述暗礁检测设备和所述静态存储设备分别连接，当接收到所述存在暗礁信号时，将所述水下暗礁横向面积与所述暗礁面积阈值比较，所述水下暗礁横向面积小于等于所述暗礁面积阈值则发出挖掘驱动信号，所述水下暗礁横向面积大于所述暗礁面积阈值则进入躲避工作模式；所述数字信号处理器在所述躲避工作模式中执行以下操作:当所述水下暗礁高度小于等于所述暗礁高度阈值时则发出上升驱动信号，当所述水下暗礁高度大于所述暗礁高度阈值时，进一步判断所述水下暗礁宽度和所述暗礁宽度阈值的比较结果:当所述水下暗礁宽度小于等于所述暗礁宽度阈值时则发出左右绕行驱动信号，否则，发出后退驱动信号；所述数字信号处理器还与所述驱动设备