用于水下避障導(dǎo)航的實(shí)時(shí)漁網(wǎng)自主識(shí)別裝置及識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水下避障導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水下避障導(dǎo)航的實(shí)時(shí)漁網(wǎng)自主 識(shí)別裝置及識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近十幾年來(lái)，我國(guó)的海洋捕撈業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)得到了空前迅猛地發(fā)展，在增加外貿(mào)出 口，提高經(jīng)濟(jì)收入等方面發(fā)揮了積極的作用。但是隨著海洋捕撈業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，漁網(wǎng)纏 繞螺旋槳事件越來(lái)越多地發(fā)生，造成船舶停航修理、滑油泄露污染水域，甚至沉船危及生 命，給航運(yùn)業(yè)帶來(lái)了很大的直接或間接經(jīng)濟(jì)損失。比如2005年一艘4000萬(wàn)噸級(jí)的集裝箱船， 螺旋槳被漁網(wǎng)纏住而失去動(dòng)力，在多名潛水員先后下水輪流作業(yè)數(shù)小時(shí)后才得以恢復(fù)正 常，但是造成了尾軸油封損壞，發(fā)生潤(rùn)滑油泄露，給船東和養(yǎng)殖戶帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003] 目前對(duì)于漁網(wǎng)仍缺乏有效的探測(cè)手段。漁網(wǎng)往往位于水面下數(shù)米甚至數(shù)十米，單 憑人眼難以察覺(jué)發(fā)現(xiàn)，發(fā)展并配備智能化的水下視覺(jué)裝置顯得非常必要。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外水 下探測(cè)技術(shù)來(lái)看，主要有聲學(xué)成像和光學(xué)成像。聲學(xué)成像是利用聲波判斷海洋中物體的存 在、位置及類(lèi)型，具有視野寬、測(cè)距范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但是和光學(xué)圖像相比，水生圖像的分辨率 低、噪聲嚴(yán)重，圖像質(zhì)量不高，無(wú)法有效探測(cè)小目標(biāo)。光學(xué)成像則是時(shí)直接獲取目標(biāo)的光學(xué) 圖像，分辨率高，利于小目標(biāo)的探測(cè)識(shí)別。根據(jù)漁網(wǎng)自身的特點(diǎn)：網(wǎng)線僅為幾毫米，網(wǎng)目大小 為厘米量級(jí)，光學(xué)成像是適合漁網(wǎng)探測(cè)識(shí)別的技術(shù)手段。但是需要指出的是，光學(xué)成像雖然 具有高分辨率成像的特點(diǎn)，但是由于海水對(duì)照明光存在嚴(yán)重的后向散射，因此導(dǎo)致傳統(tǒng)光 學(xué)成像手段距離近，無(wú)法滿足較遠(yuǎn)距離小目標(biāo)探測(cè)的應(yīng)用需求。另外，由于對(duì)于漁網(wǎng)缺乏有 效的探測(cè)手段，因此針對(duì)漁網(wǎng)識(shí)別的研究也尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于水下避障導(dǎo)航的實(shí)時(shí)漁網(wǎng)自主識(shí)別裝置及識(shí)別 方法，以實(shí)現(xiàn)在較遠(yuǎn)距離較為清晰的發(fā)現(xiàn)并實(shí)時(shí)識(shí)別漁網(wǎng)的目的。
[0005] 本發(fā)明提供一種用于水下避障導(dǎo)航的實(shí)時(shí)漁網(wǎng)自主識(shí)別裝置，包括：
[0006] -脈沖激光器；
[0007] -時(shí)序控制器，其一輸出端與脈沖激光器的輸入端連接；
[0008] -選通成像器件，其一輸人端與時(shí)序控制器另一輸出端連接；
[0009] -漁網(wǎng)識(shí)別模塊，其輸入端與選通成像器件的輸出端連接；
[0010] -顯示器，其輸入端與漁網(wǎng)識(shí)別模塊的輸出端連接，該顯示器的輸出端與時(shí)序控 制器的輸入端連接。
[0011] 本發(fā)明還提供一種用于水下避障導(dǎo)航的實(shí)時(shí)漁網(wǎng)自主識(shí)別裝置的識(shí)別方法，其是 采用前述的識(shí)別裝置，該識(shí)別方法包括如下步驟：
[0012] 步驟1:利用脈沖激光器、時(shí)序控制器和選通成像器件獲取高對(duì)比度低噪聲的切片 圖像；
[0013]步驟2:漁網(wǎng)識(shí)別模塊對(duì)切片圖像進(jìn)行預(yù)處理；
[0014] 步驟3:漁網(wǎng)識(shí)別模塊利用canny算子和hough變換提取漁網(wǎng)網(wǎng)線，獲得漁網(wǎng)所在的 直線集合；
[0015] 步驟4:根據(jù)直線集合中直線的斜率，將直線集合中的直線均分為0~1、1~+%、-〇〇~-1和-1~0四個(gè)區(qū)間；
[0016] 步驟5:獲取任意兩個(gè)區(qū)間的直線數(shù)量之和與其余兩個(gè)區(qū)間的直線數(shù)量之和的比 值D;
[0017] 步驟6:若存在比值D不小于預(yù)先設(shè)置的倍數(shù)閾值Dth，則判別為漁網(wǎng);若不存在比值 D不小于預(yù)先設(shè)置的倍數(shù)閾值Dth，則判別為非漁網(wǎng)；將判別結(jié)果輸出到顯示器顯示，返回至 步驟1。
[0018] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益成果：
[0019] 1、利用本發(fā)明，由于采用距離選通技術(shù)獲取目標(biāo)的切片圖像，大大的抑制了水體 的后向散射，提高了圖像的對(duì)比度，和傳統(tǒng)光學(xué)成像相比，識(shí)別距離提高了2到3倍，探測(cè)距 離提高了 5到6倍。
[0020] 2、利用本發(fā)明，不僅可以有效的自主發(fā)現(xiàn)并識(shí)別漁網(wǎng)目標(biāo)，而且可以實(shí)時(shí)的發(fā)現(xiàn) 前方漁網(wǎng)目標(biāo)，所以可以提前幫助船員改變航向或清理航道，從而有效的避免漁網(wǎng)纏繞帶 來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 為了為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并 參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，其中：
[0022] 圖1是用于水下避障導(dǎo)航的漁網(wǎng)自主識(shí)別裝置的示意圖。
[0023] 圖2是用于水下避障導(dǎo)航的漁網(wǎng)自主識(shí)別方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種用于水下避障導(dǎo)航的實(shí)時(shí)漁網(wǎng)自主識(shí)別裝置，包 括：
[0025] -脈沖激光器1，所述的脈沖激光器1采用波長(zhǎng)為532nm、脈沖寬度為ns量級(jí)的固體 激光器；
[0026] -時(shí)序控制器2,其一輸出端與脈沖激光器1的輸入端連接，所述的時(shí)序控制器2基 于FPGA實(shí)現(xiàn)；
[0027] -選通成像器件3,其一輸人端與時(shí)序控制器2另一輸出端連接，所述的選通成像 器件3是由像增強(qiáng)器耦合C⑶或CMOS組成的；
[0028] -漁網(wǎng)識(shí)別模塊4,其輸入端與選通成像器件3的輸出端連接，所述的漁網(wǎng)識(shí)別模 塊4是基于C++語(yǔ)言和opencv圖像處理庫(kù)編程實(shí)現(xiàn)；
[0029] 一顯示器5,其輸入端與漁網(wǎng)識(shí)別模塊4的輸出端連接，該顯示器5的輸出端與時(shí)序 控制器2的輸入端連接，所述的顯示器5為即可接受用戶設(shè)置并能顯示識(shí)別結(jié)果的觸屏顯示 器。
[0030] 工作過(guò)程中，用戶可以通過(guò)顯示器5來(lái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和更改，具體參數(shù)包括激光脈 沖寬度、選通門(mén)寬，像增強(qiáng)器增益，激光脈沖和選通門(mén)脈沖重復(fù)頻率以及倍數(shù)閾值Dth等;時(shí) 序控制器2按照用戶設(shè)置的參數(shù)產(chǎn)生兩路TTL同步信號(hào);脈沖激光器1在時(shí)序控制器2產(chǎn)生的 第一路TTL同步信號(hào)的觸發(fā)下發(fā)射激光脈沖，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照明，并形成后向傳播的回波信 號(hào);選通成像器件3在時(shí)序控制器2產(chǎn)生的第二路TTL同步信號(hào)的觸發(fā)下控制選通門(mén)的開(kāi)和 關(guān)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波信號(hào)的采集，并將采集得到的二維切片圖像傳遞給漁網(wǎng)識(shí)別模塊4;漁網(wǎng) 識(shí)別模塊4對(duì)二維切片圖像進(jìn)行預(yù)處理和識(shí)別，將識(shí)別結(jié)果（是否為漁網(wǎng)）以及預(yù)處理后的 二維圖像輸出到顯示器5上進(jìn)行顯示；顯示器5顯示漁網(wǎng)識(shí)別的結(jié)果和預(yù)處理后的二維圖 像，可幫助船員判別前方是否有漁網(wǎng)。
[0031]請(qǐng)參閱圖2及圖1所示，本發(fā)明提供一種用于水下避障導(dǎo)航的實(shí)時(shí)漁網(wǎng)自主識(shí)別裝 置的識(shí)別方法，該識(shí)別方法采用前述的識(shí)別裝置，包括如下步驟：
[0032] 步驟1:利用脈沖激光器1、時(shí)序控制器2和選通成像器件3獲取高對(duì)比度低噪聲的 切片圖像，所述切片圖像的獲取方法包括：
[0033] 采用脈沖激光器1作為照明光源，以選通成像器件3作為探測(cè)器，以時(shí)序控制器2實(shí) 現(xiàn)照明光源和探測(cè)器之間的同步，其中，脈沖激光器1發(fā)射一激光脈沖，當(dāng)激光傳至目標(biāo)時(shí)， 形成向后的目標(biāo)回波信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)傳播到選通成像器件3時(shí)，其選通門(mén)開(kāi)啟，接收信號(hào)，完 成圖像的采集和生成。由于選通門(mén)僅在目標(biāo)回波信號(hào)傳至成像器件時(shí)才開(kāi)啟，因此，目標(biāo)前 后的無(wú)關(guān)信息均不被接收，從而僅獲取感興趣區(qū)內(nèi)的空間切片信息，因此可以大大的降低 水體的后向散射，并降低圖像噪聲。
[0034] 空間切片的起始位置η_=(τ-ω〇/2,結(jié)束位置rend=(T+tg)c/2,空間切片的厚 度d = (ti+tg) c/2，其中，τ為激光脈沖和選通門(mén)脈沖之間的延時(shí)，ti、tg分別為激光脈沖寬度 和選通門(mén)門(mén)寬，c為激光脈沖在水中的傳播速度。
[0035] 步驟2:選通成像器件3將采集到的切片圖像傳遞漁網(wǎng)自主識(shí)別模塊4,漁網(wǎng)識(shí)別模 塊4對(duì)切片圖像進(jìn)行預(yù)處理，具體包括:高斯低通濾波降噪和限制對(duì)比度自適應(yīng)直方圖均衡 化方法增強(qiáng)。
[0036] 所述的高斯低通濾波來(lái)降噪，主要是去除圖像中特別亮的噪點(diǎn)，這一操作對(duì)后面 邊緣提取的效果影響十分大。高斯低通濾波公式化的描述如下所述：
[0037]
[0038]
[0039] 其中，g(i，j)是濾波后圖像中像素點(diǎn)（i，j)的灰度值，f(k，l)是原圖像中像素點(diǎn) (k，1)