一种自带编码海底图像捕捉方法及系统

本发明涉及数据处理，尤其是一种自带编码海底图像捕捉方法及系统。

背景技术：

1、据估计，超过百分之九十五的地球海洋从未被观测到过，这意味着我们探索过的地球海洋面积比月球或火星还要少。为长时间水下摄像科研活动提供电源供给是海洋探索的严峻挑战。本发明提供一种无电池的无线水下相机的设计思路，该相机不需要电源，在水下长年工作，可用于监测海洋污染或各种水下生物的生长情况。这种无线水下相机，通过光电二极管发光照射后，物体反射光信号来捕获图像数据，并将其编码为位，并利用水下反向散射一次一个位地发送到水面接收器。系统使用此二进制信息来重建和处理图像。但是现有技术中，依靠无线发送图像，按照按位发送的模式进行传输图像，传输速度慢，耗时长。

技术实现思路

1、本发明的目的是通过提出一种自带编码海底图像捕捉方法，以解决上述背景技术中提出的缺陷。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、提供一种自带编码海底图像捕捉方法，包括如下步骤：

4、s1.1：通过采集器采集海底图像数据；

5、s1.2：对采集的海底图像数据进行图像预处理；

6、s1.3：对预处理后的海底图像数据进行图像压缩处理；

7、s1.4：对压缩后的海底图像数据进行一体化传输：

8、s1.5：接收器接收采集器发出的信号并进行图像解压获取原始海底图像数据。

9、作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.2中的图像预处理操作对采集的rgb三通道海底彩色图像数据的颜色空间进行判断并转换为ycbcr表示：

10、

11、其中，y表示亮度分量，cb表示蓝色色度分量，cr表示红色色度分量，r、g、b分别代表红、绿、蓝三原色分量。

12、作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.3中通过构建压缩模型对预处理后的海底图像进行压缩处理。

13、作为本发明的一种优选技术方案：所述压缩模型通过将输入的海底图像分量数据经过正向量化，量化函数为：

14、

15、其中，sign(x)为量化函数。

16、作为本发明的一种优选技术方案：再将量化后的海底图像分量数据经过卷积层得到二值化数据：

17、用x表示预处理后的海洋图像的各分量数据，自编码器在编码阶段以x∈rn＝x为输入，将其映射到h∈rp＝z，

18、h＝sign(x)(wx+b)

19、其中，h被称为隐变量，w表示权重矩阵，b为偏置向量，w和b二者随机初始化，在传播过程中迭代更新，卷积处理完成后，在数据前加入数值代表不同分量数据，使用1代表亮度分量y，使用0代表蓝色色度分量cb，使用-1代表红色色度分量cr。

20、作为本发明的一种优选技术方案：所述卷积函数中，权重矩阵w根据量化函数sign(x)进行迭代更新，得到w′∈{1,-1}，w′的更新公式如下：

21、

22、其中，σ为学习参数，p为损失函数。

23、作为本发明的一种优选技术方案：所述s1.5中，采集器将经过卷积层后的海底图像数据通过无线射频通信方式发送至接收器，接收器再进行二值化图像的重建。

24、作为本发明的一种优选技术方案：所述接收器接收到完整的海底图像数据信号后，根据反向量化函数对权重矩阵w进行迭代更新，实现对压缩二值图像的重建。

25、作为本发明的一种优选技术方案：所述反向量化函数如下：

26、

27、其中，signf(x)为反向量化函数。

28、提供一种自带编码海底图像捕捉系统，包括：

29、图像采集模块：用于采集海底图像数据；

30、图像预处理模块：用于对采集的海底图像数据进行预处理；

31、图像压缩模块：用于对预处理后的海底图像数据进行压缩传输；

32、图像发送模块：用于发送压缩海底图像数据；

33、图像接收模块：用于接收传输的压缩海底图像数据；

34、图像解码模块：用于对接收的压缩海底图像数据进行解码恢复。

35、本发明提供的自带编码海底图像捕捉方法及系统，与现有技术相比，其有益效果有：

36、使用ycbcr数学转换公式，更容易实现海底图像数据的压缩，方便数据的传输和处理，提高了数据处理和传输的速度。卷积层将整个二进制图像进行卷积操作并保留了原有图像的精度，且未增加计算量，实现的压缩处理大大减少了传输数据量，减少了传输时间。通过使用压缩模型将采集的海底图像数据压缩并进行二值化，降低内部卷积运算的精度实现对系统负载的和资源占用的优化。

技术特征：

1.一种自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：所述s1.2中的图像预处理操作对采集的rgb三通道海底彩色图像数据的颜色空间进行判断并转换为ycbcr表示：

3.根据权利要求1所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：所述s1.3中通过构建压缩模型对预处理后的海底图像进行压缩处理。

4.根据权利要求3所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：所述压缩模型通过将输入的海底图像分量数据经过正向量化，量化函数为：

5.根据权利要求4所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：再将量化后的海底图像分量数据经过卷积层得到二值化数据：

6.根据权利要求5所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：所述卷积函数中，权重矩阵w根据量化函数sign(x)进行迭代更新，得到w′∈{1,-1}，w′的更新公式如下：

7.根据权利要求1所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：所述s1.5中，采集器将经过卷积层后的海底图像数据通过压电换能器进行电声转化，在海水中以声波形式发送至接收器，接收器通过压电换能器进行声电转化，再进行二值化图像的重建。

8.根据权利要求7所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：接收器接收到完整的海底图像数据信号后，根据反向量化函数对权重矩阵w进行迭代更新，实现对压缩二值图像的重建。

9.根据权利要求1所述的自带编码海底图像捕捉方法，其特征在于：所述反向量化函数如下：

10.一种自带编码海底图像捕捉系统，其特征在于：包括：

技术总结
本发明涉及数据处理技术领域，尤其为一种自带编码海底图像捕捉方法及系统，包括如下步骤：通过采集器采集海底图像数据；对采集的海底图像数据进行图像预处理；对预处理后的海底图像进行图像压缩处理；对压缩后的图像进行一体化传输：接收器接收采集器发出的信号并进行图像解压获取原始海底图像数据。本发明使用转换公式转换颜色空间，更容易实现海底图像数据的压缩，方便数据的传输和处理，提高数据处理和传输的速度。通过使用压缩模型将采集的海底图像数据压缩并进行二值化，降低内部卷积运算的精度实现对系统负载的和资源占用的优化。通过声波传输携带图像信息的数字信号，抗噪声能力强，消除了电缆的使用，且具有功耗低的特点。

技术研发人员：巩小东,倪秀辉,冯向超,孟雍祥,袁幸杰,李新娟,马昕宇,季洋洋,彭凯,孙嵩
受保护的技术使用者：山东省科学院海洋仪器仪表研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12