基于圖像處理的水下機(jī)器人避讓平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字圖像領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像處理的水下機(jī)器人避讓平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]水下機(jī)器人在水下作業(yè)時(shí)候，很容易碰到巖石的干擾，在缺少相關(guān)巖石處理設(shè)備的情況下，水下機(jī)器人經(jīng)常會(huì)陷入巖石中，或者被巖石碰撞損傷，從而耽誤水下機(jī)器人的正常工作，需要較為昂貴的維修費(fèi)用，給水下機(jī)器人運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)?yè)p失和不便。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中為水下機(jī)器人配備的巖石處理設(shè)備較為簡(jiǎn)單，巖石識(shí)別技術(shù)精度不高，巖石處理機(jī)制單一，無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的水下環(huán)境，同時(shí)，水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，無(wú)法在復(fù)雜的水下環(huán)境下保證正常作業(yè)。
[0004]為此，本發(fā)明提出了一種基于圖像處理的水下機(jī)器人巖石避讓平臺(tái)，能夠基于水下巖石情況，選擇不同的處理策略，從而提高水下機(jī)器人的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于圖像處理的水下機(jī)器人巖石避讓平臺(tái)，首先改造現(xiàn)有的水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其次改制現(xiàn)有的圖像識(shí)別設(shè)備和巖石處理設(shè)備，提高水下機(jī)器人的智能化程度，避免水下機(jī)器人的正常工作受到干擾。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于圖像處理的水下機(jī)器人巖石避讓平臺(tái)，所述避讓平臺(tái)包括水下機(jī)器人主體、巖石檢測(cè)設(shè)備和水上處理設(shè)備，所述巖石檢測(cè)設(shè)備位于所述水下機(jī)器人主體上，用于檢測(cè)水下是否存在巖石，并在檢測(cè)到巖石時(shí)將巖石相關(guān)信息通過(guò)所述水下機(jī)器人主體傳送給所述水上處理設(shè)備。
[0007]更具體地，在所述基于圖像處理的水下機(jī)器人巖石避讓平臺(tái)中，還包括:挖掘設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，包括挖掘電機(jī)和挖掘驅(qū)動(dòng)器，所述挖掘驅(qū)動(dòng)器與所述挖掘電機(jī)連接，用于對(duì)前方巖石進(jìn)行挖掘；水上浮標(biāo)，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體的上方水面上；供電設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，包括防水密封罩、太陽(yáng)能供電器件、蓄電池、切換開(kāi)關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述防水密封罩用于容納所述太陽(yáng)能供電器件、所述蓄電池、所述切換開(kāi)關(guān)和所述電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開(kāi)關(guān)與所述太陽(yáng)能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據(jù)蓄電池的剩余電量決定是否切換到所述太陽(yáng)能供電器件以由所述太陽(yáng)能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開(kāi)關(guān)連接，以將通過(guò)切換開(kāi)關(guān)輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓；GPS定位設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的GPS定位數(shù)據(jù)；聲納探測(cè)設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于探測(cè)所述水下機(jī)器人主體到所述水上浮標(biāo)的相對(duì)距離，并作為第一相對(duì)距離輸出；超聲波測(cè)距設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，用于測(cè)量所述水下機(jī)器人主體距離前方巖石的距離，并作為第二相對(duì)距離輸出；靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，預(yù)先存儲(chǔ)了黑白閾值和像素?cái)?shù)閾值，所述黑白閾值用于對(duì)圖像執(zhí)行二值化處理，所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備預(yù)先存儲(chǔ)了灰度化巖石模版，所述灰度化巖石模版為對(duì)基準(zhǔn)巖石進(jìn)行拍攝所得到的巖石圖像執(zhí)行灰度化處理而獲得，所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備還預(yù)先存儲(chǔ)了巖石面積閾值、巖石高度閾值和巖石寬度閾值，所述巖石面積閾值與水下機(jī)器人挖掘輸出功率成正比，所述巖石高度閾值與水下機(jī)器人瞬時(shí)爬升輸出功率成正比，所述巖石寬度閾值與所述水下機(jī)器人瞬時(shí)繞行輸出功率成正比；攝像設(shè)備，位于所述水下機(jī)器人主體上，包括半球形防水透明罩、輔助照明子設(shè)備和CMOS攝像頭，所述半球形防水透明罩用于容納所述輔助照明子設(shè)備和所述CMOS攝像頭，所述輔助照明子設(shè)備為所述CMOS攝像頭的水下拍攝提供輔助照明，所述CMOS攝像頭對(duì)前方目標(biāo)拍攝以獲得包含前方目標(biāo)的水下圖像；所述水上處理設(shè)備用于接收所述水下機(jī)器人主體通過(guò)電纜傳送的水下信息，所述水上處理設(shè)備位于水上船舶或岸邊位置；所述水下機(jī)器人主體包括驅(qū)動(dòng)設(shè)備、電纜和嵌入式處理器，所述電纜將所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備和所述嵌入式處理器分別與所述水上處理設(shè)備連接以建立通信，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)控制器、左舷直流減速電機(jī)、右舷直流減速電機(jī)、沉浮電機(jī)、正螺旋槳、反螺旋槳、附帶螺旋槳和聯(lián)軸器，所述左舷直流減速電機(jī)、所述右舷直流減速電機(jī)和所述沉浮電機(jī)分別通過(guò)所述聯(lián)軸器與所述正螺旋槳、所述反螺旋槳和所述附帶螺旋槳連接，所述驅(qū)動(dòng)控制器接收所述水上處理設(shè)備發(fā)送的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述左舷直流減速電機(jī)和所述右舷直流減速電機(jī)以分別控制所述正螺旋槳和所述反螺旋槳，驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人主體實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和左右動(dòng)作，還用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述沉浮電機(jī)以控制所述附帶螺旋槳，驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人主體實(shí)現(xiàn)上升與下潛動(dòng)作；所述巖石檢測(cè)設(shè)備包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測(cè)子設(shè)備、行邊緣檢測(cè)子設(shè)備、目標(biāo)分割子設(shè)備和目標(biāo)識(shí)別子設(shè)備，所述圖像預(yù)處理子設(shè)備與所述CMOS攝像頭連接，以對(duì)所述水下圖像依次執(zhí)行自適應(yīng)邊緣增強(qiáng)和小波濾波處理，以獲得預(yù)處理水下圖像；所述二值化處理子設(shè)備與所述圖像預(yù)處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述預(yù)處理水下圖像的每一個(gè)像素的亮度與所述黑白閾值分別比較，當(dāng)像素的亮度大于所述黑白閾值時(shí)，將像素記為白色像素，當(dāng)像素的亮度小于所述黑白閾值時(shí)，將像素記為黑色像素，從而獲得二值化水下圖像；所述列邊緣檢測(cè)子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于對(duì)所述二值化水下圖像，計(jì)算每列黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素?cái)?shù)閾值的列記為邊緣列；所述行邊緣檢測(cè)子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于對(duì)所述二值化水下圖像，計(jì)算每行黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素?cái)?shù)閾值的行記為邊緣行；所述目標(biāo)分割子設(shè)備與所述列邊緣檢測(cè)子設(shè)備和所述行邊緣檢測(cè)子設(shè)備分別連接，將邊緣列和邊緣行交織的區(qū)域作為目標(biāo)存在區(qū)域，并從所述二值化水下圖像中分割出所述目標(biāo)存在區(qū)域以作為目標(biāo)子圖像輸出；所述目標(biāo)識(shí)別子設(shè)備與所述目標(biāo)分割子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述目標(biāo)子圖像與所述灰度化巖石模版匹配，匹配成功，則輸出存在巖石信號(hào)，匹配失敗，則輸出不存在巖石信號(hào)；巖石狀態(tài)分析設(shè)備，與所述巖石檢測(cè)設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備分別連接，當(dāng)接收到所述存在巖石信號(hào)時(shí)，基于所述第二相對(duì)距離和所述目標(biāo)子圖像占據(jù)所述二值化水下圖像的面積百分比計(jì)算水下巖石橫向面積，基于所述第二相對(duì)距離和所述目標(biāo)子圖像縱向高度占據(jù)所述二值化水下圖像縱向高度的高度百分比計(jì)算水下巖石高度，基于所述第二相對(duì)距離和所述目標(biāo)子圖像橫向?qū)挾日紦?jù)所述二值化水下圖像橫向?qū)挾鹊膶挾劝俜直扔?jì)算水下巖石寬度；其中，所述嵌入式處理器與所述GPS定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備、所述超聲波測(cè)距設(shè)備、所述水上處理設(shè)備、所述巖石檢測(cè)設(shè)備和所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備分別連接，用于監(jiān)視所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，還用于在接收到所述存在巖石信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)所述GPS定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備以接收所述GPS定位數(shù)據(jù)、所述第一相對(duì)距離和所述第二相對(duì)距離，基于所述GPS定位數(shù)據(jù)、所述第一相對(duì)距離和所述第二相對(duì)距離計(jì)算并輸出巖石GPS定位數(shù)據(jù)，并通過(guò)電纜將所述預(yù)處理水下圖像和所述巖石GPS定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鏊咸幚碓O(shè)備；所述嵌入式處理器還與所述巖石狀態(tài)分析設(shè)備、所述巖石檢測(cè)設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，當(dāng)接收到所述存在巖石信號(hào)時(shí)，將所述水下巖石橫向面積與所述巖石面積閾值比較，所述水下巖石橫向面積小于等于所述巖石面積閾值則發(fā)出挖掘驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述水下巖石橫向面積大于所述巖石面積閾值則進(jìn)入躲避工作模式；所述嵌入式處理器在所述躲避工作模式中執(zhí)行以下操作:當(dāng)所述水下巖石高度小于等于所述巖石高度閾值時(shí)則發(fā)出上升驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)所述水下巖石高度大于所述巖石高度閾值時(shí)，進(jìn)一步判斷所述水下巖石寬度和所述巖石寬度閾值的比較結(jié)果:當(dāng)所述水下巖石寬度小于等于所述巖石寬度閾值時(shí)則發(fā)出左右繞行驅(qū)動(dòng)信號(hào)，否則，發(fā)出后退驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述嵌入式處理器還與所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，以將所述上升驅(qū)動(dòng)