水下信息获取装置以及系统的制作方法

本发明涉及水下探测技术领域，尤其是涉及一种水下信息获取装置以及系统。

背景技术：

水下探测技术是海洋观测技术的重要内容，也是海洋立体监测网的组成部分。目前，水下探测主要用于水声技术、水下电视和照相技术、潜水器和水下机器人技术等。

无人船(unmannedsurfacevessel，简称usv)是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人。现今，不少国家已开始研制无人船。国内无人船用途为测绘、水文和水质监测。

但是，目前无人船使用的寻鱼器的探测范围区间具有限制且范围很小，无法快速获知更大面积水域的鱼情。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水下信息获取装置以及系统，以解决现有技术中存在的目前无人船使用的寻鱼器的探测范围区间具有限制且范围很小，无法快速获知更大面积水域的鱼情的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种水下信息获取装置，包括：声呐控制单元、图像处理单元以及多个声呐设备；

所述声呐控制单元用于控制多个所述声呐设备进行扫描；

所述声呐设备用于通过声呐扫描探测水下情况，获得水下影像图；

多个所述声呐设备向不同方向进行扫描；

所述图像处理单元用于对多个所述水下影像图进行图像拼接，得到水下信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述声呐控制单元还用于控制多个所述声呐设备的扫描方向。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述声呐控制单元还用于通过开关设备控制多个所述声呐设备的扫描顺序。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述声呐设备的个数为2至20中的任意整数个。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述声呐设备的个数为六个。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，多个所述声呐设备的声呐扫描范围为扇形或圆形。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述水下信息为水下物体或水下地形分布图。

第二方面，本发明实施例还提供一种水下信息获取系统，包括：终端以及如第一方面所述的水下信息获取装置；

所述终端与所述水下信息获取装置通过无线通信连接。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述水下信息获取装置还包括通讯单元；

所述通讯单元用于向所述终端发送所述水下信息；

所述终端用于接收并显示所述水下信息。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述终端用于向所述水下信息获取装置中的声呐控制单元传输控制指令。

本发明实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：本发明实施例提供的水下信息获取装置以及系统中，水下信息获取装置包括图像处理单元、多个声呐设备与声呐控制单元，其中，声呐控制单元可以控制多个声呐设备进行扫描，声呐设备可以通过声呐扫描探测水下情况以获得水下影像图，多个声呐设备向不同方向进行扫描，图像处理单元可以对多个水下影像图进行图像拼接以得到水下信息，通过多个声呐设备根据声呐控制单元的控制进行扫描，实现对水下情况的探测，由于多个声呐设备向不同方向进行扫描，则能够探测获得多个不同方向的水下影像图，再由图像处理单元对多个不同方向的水下影像图进行图像拼接，因此能够得到更加全面、范围更广的水下影像图，多个声呐设备同时作业还可以提高水下探测的效率，从而解决了现有技术中存在的目前无人船使用的寻鱼器的探测范围区间具有限制且范围很小，无法快速获知更大面积水域的鱼情的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的水下信息获取装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的多个声呐设备的声呐扫描范围的示意图；

图3为本发明实施例提供的水下信息获取系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的水下信息获取系统的另一结构示意图。

图标：1-水下信息获取装置；11-声呐控制单元；12-图像处理单元；13-声呐设备；14-通讯单元；2-船体；3-水下信息获取系统；31-终端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前无人船使用的寻鱼器的探测范围区间具有限制且范围很小，无法快速获知更大面积水域的鱼情，基于此，本发明实施例提供的一种水下信息获取装置以及系统，可以解决现有技术中存在的目前无人船使用的寻鱼器的探测范围区间具有限制且范围很小，无法快速获知更大面积水域的鱼情的技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种水下信息获取装置以及系统进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供的一种水下信息获取装置，如图1所示，水下信息获取装置1可以包括：声呐控制单元11、图像处理单元12以及多个声呐设备13。

其中，声呐控制单元可以用于控制多个声呐设备进行扫描。声呐设备用于通过声呐扫描探测水下情况，获得水下影像图。多个声呐设备向不同方向进行扫描。图像处理单元可以用于对多个水下影像图进行图像拼接，得到水下信息。其中，水下信息可以为水下物体或水下地形分布图。需要说明的是，多个声呐设备的个数可以为2至20中的任意整数个。

作为本实施例的优选实施方式，如图1所示，声呐设备的个数可以为六个。

此外，声呐控制单元可以用于控制多个声呐设备的扫描方向。声呐控制单元还可以用于通过开关设备控制多个声呐设备的扫描顺序。例如声呐控制单元控制声呐设备的扫描顺序为从左到右以此扫描，从而便于后期拼接成一个完整的图像。

作为本实施例的另一种实施方式，多个声呐设备的声呐扫描范围可以为扇形或圆形。如图2所示，多个声呐设备的声呐扫描范围组成为一个扇形。优选的，扇形或圆形的半径最长可以为四十米。扇形的角度最大可以为180度。

需要说明的是，声音导航与测距(soundnavigationandranging，简称sonar)的中文简称为声呐，是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。

在实际应用中，声波是观察和测量的有效手段，在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波。这是由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体；电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段。

进一步的是，声呐设备13也可以为声呐装置，一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声呐基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置，以及声呐导流罩等。

具体的，声呐装置中还可以包括换能器，它是声能与其它形式的能如机械能、电能、磁能等相互转换的装置。它有两个用途：一是在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于空气中的扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于空气中的传声器。换能器在实际使用时往往同时用于发射和接收声波，专门用于接收的换能器又称为“水听器”。换能器的工作原理是利用某些材料在电场或磁场的作用下发生伸缩的压电效应或磁致伸缩效应。

作为一个优选方案，声呐装置可以安装在船体的前端位置，因此能够充分利用声呐的探测效果。声呐装置还可以安装在船体或潜艇上的其他位置，利用不同位置收到的同一讯号，经过电脑处理和运算之后，就可以迅速的进行定位，对于艇身较大的潜艇来说比较有利，因为测量的基线较长，准确度较高。

然后，图像处理单元可以用于对多个水下影像图进行图像拼接，得到水下信息。其中，图像拼接可以是将数张有重叠部分的图像拼成一幅大型的无缝高分辨率图像的技术，其中的数张图像可能是不同时间、不同视角或者不同传感器获得的。图像拼接的步骤可以包括:图像预处理、图像配准、建立变换模型、统一坐标变换以及融合重构。

其中，图像预处理包括数字图像处理的基本操作，如去噪、边缘提取、直方图处理等，图像预处理还可以包括建立图像的匹配模板以及对图像进行某种变换等操作，如傅里叶变换、小波变换等。图像配准可以采用一定的匹配策略,找出待拼接图像中的模板或特征点在参考图像中对应的位置,进而确定两幅图像之间的变换关系。建立变换模型可以根据模板或者图像特征之间的对应关系,计算出数学模型中的各参数值,从而建立两幅图像的数学变换模型。在统一坐标变换的步骤中，可以根据建立的数学转换模型,将待拼接图像转换到参考图像的坐标系中,完成统一坐标变换。最后，在融合重构步骤中，可以将待拼接图像的重合区域进行融合得到拼接重构的平滑无缝全景图像。

现有的无人船使用的寻鱼器功能比较单一，本实施例中，利用六个声呐装置构成声呐组合进行扫描配合，然后进行扫描图像的拼接。

对于现有技术而言，普通的寻鱼器一般是使用一个超声传感器，探测范围只有约30度的区间，而且是垂直向下的，范围很窄，无法快速获知一大片水域的鱼情。通过提供六个传感器解决了该问题，如图2所示，六个传感器的探测范围拼出一个完整的180度左右的扇面，而且让扇面侧向布置，也就是探测船体一侧的整个半径1—40米的区域，因此形成很大的一片区域，还可以利用电子开关去顺序切换六个超声探测器探测鱼情，然后用软件实时生成动态鱼情图，船身不用有任何运动就能知道周围半径40米的鱼分布情况，获得探测器生成的鱼情图。这个结构只是添加几个传感器，成本比普通寻鱼器不会高很多。寻鱼器可以成为船体的标配固定安装在船体上，这样也大大降低船体的设计难度，也能降低一部分成本。而且通过无线通讯模块，还能够减少甚至省略机械活动连接的结构。因此，利用水下信息获取装置，可以比较直观的得知每个时刻鱼的游动和分布情况，能够比单个传感器具有更大的实用性。

实施例二：

本发明实施例提供的一种水下信息获取系统，如图3所示，水下信息获取系统3可以包括：终端31以及上述实施例一提供的水下信息获取装置。终端31与水下信息获取装置1可以通过无线通信连接。

如图4所示，水下信息获取装置还可以包括通讯单元14，通讯单元用于向终端发送水下信息，终端用于接收并显示水下信息。终端用于向水下信息获取装置中的声呐控制单元传输控制指令。

本实施例中，水下信息获取系统3可以应用于钓鱼娱乐，因此可以将水下信息获取系统3设置为船体上的固定标准配置，从而通过提供扫描功能便于用户进行捕鱼过程。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

附图中的框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明实施例提供的水下信息获取系统，与上述实施例提供的水下信息获取装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

作为本实施例的另一种实施方式，声呐控制单元11也可以为处理器的形式，处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各控制功能。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的控制功能可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。