[发明专利]一种针对水下障碍物的检测定位方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对水下障碍物的检测定位方法和系统，可实时的检测出声纳视野范围内的障碍物，并计算障碍物的大小和位置。

背景技术

在未知水下环境的前进过程中，避障能力是AUV（Autonomous Underwater Vehicle，自治式水下机器人）的一个基本要求。避障系统的首要任务是从成像设备获得的图像中检测出障碍物，将障碍物和背景分割出来，并计算障碍物的大小和位置。如何快速有效的对背景和障碍物进行分割，以及准确的计算障碍物的大小和位置是目前研究的重点。

目前，针对水下障碍物的检测定位方法和系统往往存在适应性差，准确性差的问题。传统的光学成像设备在污浊水域中无法探测远距离的目标，甚至会出现无法成像的问题。而普通的单波束图像声纳成像角度小，图像分辨率低，在实际应用中很难观测大的范围，不易准确获得水下物体的表面细节或形状信息。多波束图像声纳是在一个声纳头上安装多个换能器以达到大角度覆盖的目的，这种声纳成像速度快，分辨率高，可以获得比较准确完整的水下物体信息。因此，基于多波束图像声纳的水下障碍物的检测定位方法和系统在AUV避障中具有重要的作用。

发明内容

针对现有的障碍物检测定位方法和系统在水下环境下适应性差，准确性差的问题，本发明的目的在于提供一种针对水下障碍物的检测定位方法和系统，可以实时的对高分辨率声纳图像进行处理，检测并计算出水下障碍物的大小和位置，有利于提高AUV的避障能力。

本发明的构思是：首先通过安装在AUV上的多波束图像声纳获取待测场景的场景图像；然后通过中值滤波减少图像噪声，提高图像质量；运用图像分割算法分割障碍物和背景，并根据分割阈值对场景图像中的每个像素点做二值化处理；最后从二值图像中获取障碍物轮廓，根据获取轮廓计算障碍物的大小和位置。

基于上述目的及发明构思，本发明是通过以下技术方案实现：

一种针对水下障碍物的检测定位方法，检测定位步骤是：

(1)   将多波束图像声纳安装在AUV上，声纳头的方向与水平面呈0~3度的夹角；计算机放置在岸上，并通过网络网线、POE单口供电器和声纳电缆连接多波束图像声纳；

(2)   启动计算机和多波束图像声纳，检查各项数据通讯是否正常；

(3)   根据多波束图像声纳回波信号的强度将声纳信息恢复为声纳的灰度图像；

(4)   通过中值滤波降低当前声纳图像的噪声；高斯噪声、斑点噪声等是影响声纳图像质量的重要原因之一，因此采用了中值滤波的方法降低噪声，提高图像质量；

(5)   对步骤（4）获得的图像，运用OTSU方法将障碍物与背景分离，并根据所得最佳阈值对场景图像中的每个像素点做二值化处理；

(6)   根据步骤（5）得到二值图像获取障碍物轮廓，并计算轮廓的大小和障碍物位置；

(7)   重复步骤（3）~步骤（6），即实现了水下障碍物的检测定位。

一种针对水下障碍物的检测定位系统，应用于上述方法，包括多波束图像声纳和计算机。多波束图像声纳固定安装在AUV上，并通过声纳电缆连接到POE单口供电器上，计算机通过网络网线连接到POE单口供电器上，POE单口供电器由110-240V电源供电。

上述的多波束图像声纳可采用Blueview公司的P450E型多波束图像声纳。

与现有技术相比，本发明具有以下突出特点和显著优点：

本发明提供了一种快速、准确的方法实现水下障碍物的检测和定位。可以实时的对高分辨率声纳图像进行处理，检测并计算出水下障碍物的大小和位置，有利于提高AUV的避障能力。

附图说明

图1是本发明的多波束图像声纳安装示意图；

图2是本发明的多波束图像声纳与计算机连接示意图；

图3是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

参见图1为本发明的多波束声纳安装示意图，其中1为AUV，2为多波束图像声纳，该多波束图像声纳2安装时其声纳头方向应与水平面呈0~3度的夹角，这样做的目的是在保证探测视野范围的情况下，尽量减小水面反射对图像质量的影响。

参见图2为本发明的多波束图像声纳与计算机连接示意图，其中2为多波束图像声纳，4为POE单口供电器，它们通过声纳电缆线3连接，计算机6通过网络网线5与POE单口供电器4连接，POE单口供电器4由110-240V电源供电。

结合图3说明实时检测定位的步骤是：