对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种用于水下暗礁检测的多功能潜水器，所述潜水器包括潜水器主体、激光成像设备、特征提取识别设备和主控设备，所述激光成像设备和所述特征提取识别设备都位于所述潜水器主体上，分别用于拍摄水下激光图像和从所述水下激光图像中提取水下暗礁特征，所述主控设备与所述特征提取识别设备连接，用于基于所述水下暗礁特征确定是否发出报警信息。2.如权利要求1所述的用于水下暗礁检测的多功能潜水器，其特征在于，所述潜水器还包括: 挖掘设备，设置在所述潜水器主体上，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； 所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力； 移动硬盘，位于所述潜水器主体上，用于预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限，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潜水器直流电机提供的瞬时爬升输出功率成正比，所述暗礁宽度阈值与所述潜水器直流电机提供的瞬时绕行输出功率成正比；声纳设备，位于所述潜水器主体上，用于对所述潜水器主体前方的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，与所述声纳设备和所述移动硬盘分别连接，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移动硬盘分别连接，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移动硬盘分别连接，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，包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对所述潜水器主体前方的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；所述特征提取识别设备包括预处理子设备、特征提取子设备和暗礁类型识别子设备；所述预处理子设备与所述激光成像设备连接，包括中值滤波子设备、低通滤波子设备和同态滤波子设备；所述中值滤波子设备与所述探测器连接，用于对所述水下激光图像执行中值滤波，以滤除所述水下激光图像中的点噪声，获得第一滤波图像；所述低通滤波子设备与所述中值滤波子设备连接，用于去除所述第一滤波图像中的随机噪声，获得第二滤波图像；所述同态滤波子设备与所述低通滤波子设备连接，用于对所述第二滤波图像执行图像增强，以获得增强水下图像； 所述特征提取子设备与所述预处理子设备连接，包括图像分割单元和特征向量识别单元，所述图像分割单元基于暗礁图像灰度阈值范围将所述增强水下图像中的暗礁目标识别出来以获得水下暗礁图像；所述特征向量识别单元与所述图像分割单元连接，基于所述水下暗礁图像确定水下暗礁目标的8个几何特征:欧拉孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度，并将所述8个几何特征组成特征向量； 所述暗礁类型识别子设备与所述特征提取子设备连接，采用8输入2输出的单隐层BP神经网络，以水下暗礁目标的8个几何特征作为输入层神经元，输出层为水下暗礁类型，所述水下暗礁类型包括珍稀类型和常规类型； 暗礁状态分析设备，与所述特征提取子设备、所述暗礁类型识别子设备和所述声纳图像处理设备分别连接，当接收到所述水下暗礁类型为常规类型时，基于所述目标距离和所述水下暗礁图像占据所述增强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水下暗礁图像纵向高度占据所述增强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水下暗礁图像横向宽度占据所述增强水下图像横向宽度的宽度百分比计算水下暗礁宽度； 所述主控设备，设置在所述潜水器主体上，与所述暗礁类型识别子设备连接，当接收到所述水下暗礁类型为珍稀类型时，发出报警信号； 其中，所述主控设备还与所述暗礁状态分析设备、所述特征提取识别设备和所述移动硬盘分别连接，当接收到所述水下暗礁类型为常规类型时，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； 其中，所述主控设备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； 其中，所述主控设备还与所述潜水器的直流电机连接，以将所述上升驱动信号、所述左右绕行驱动信号或后退驱动信号发送到所述潜水器的直流电机； 其中，所述主控设备还与所述挖掘驱动器连接，以将所述挖掘驱动信号发送到所述挖掘驱动器。3.如权利要求2所述的用于水下暗礁检测的多功能潜水器，其特征在于，所述潜水器还包括: 水下电缆，用于将所述主控设备与水上处理中心连接，将所述报警信号发送到所述水上处理中心。4.如权利要求2所述的用于水下暗礁检测的多功能潜水器，其特征在于: 所述中值滤波子设备、所述低通滤波子设备和所述同态滤波子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现。5.如权利要求2所述的用于水下暗礁检测的多功能潜水器，其特征在于: 所述中值滤波子设备、所述低通滤波子设备和所述同态滤波子设备被集成在一块集成电路板上。6.如权利要求2所述的用于水下暗礁检测的多功能潜水器，其特征在于: 所述主控设备为数字信号处理器。7.如权利要求2所述的用于水下暗礁检测的多功能潜水器，其特征在于: 所述主控设备在发出所述报警信号时，还将所述水下暗礁图像压缩后发送到所述水上处理中心。
【专利摘要】本发明涉及一种用于水下暗礁检测的多功能潜水器，包括潜水器主体、激光成像设备、特征提取识别设备和主控设备，所述激光成像设备和所述特征提取识别设备都位于所述潜水器主体上，分别用于拍摄水下激光图像和从所述水下激光图像中提取水下暗礁特征，所述主控设备与所述特征提取识别设备连接，用于基于所述水下暗礁特征确定是否发出报警信息。通过本发明，能够在水下高精度激光成像的基础上，准确探测水下暗礁并实现自动避让。
【IPC分类】G06N3/02, G05D1/10, G01S15/89
【公开号】CN105138008
【申请号】CN201510471949
【发明人】魏芳
【申请人】魏芳
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月5日