[发明专利]基于图像处理的潜艇驾驶辅助系统

说明书

技术领域

本发明涉及潜艇民用领域，尤其涉及一种基于图像处理的潜艇驾驶辅助系统。

背景技术

潜艇在民用方面应用广泛，例如勘测水下地形或者检测水下生物。然而，由于水下环境复杂，潜艇在行驶时，如果前方岩石过高，则前端容易与岩石碰撞，从而导致潜艇受损。为了避免出现潜艇与水下岩石碰撞情况发生，需要设计能够避让前方岩石的潜艇辅助设备，然而，现有技术中并没有这样的方案。

为此，本发明提出了一种基于图像处理的潜艇驾驶辅助系统，涉及潜艇民用设计，通过对水下环境的分析，设计出一系列能够适应水下环境并能够识别岩石具体状态的辅助电子设备，完成对岩石的识别和躲避，保持潜艇行进的安全性。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于图像处理的潜艇驾驶辅助系统，首先通过清晰化处理设备去除水下散射光干扰，随后通过包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件和目标识别子器件的图像识别设备识别出岩石的具体状态，并根据岩石的具体状态确定岩石处理模式。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像处理的潜艇驾驶辅助系统，所述辅助系统包括潜艇固定平台、激光成像设备、散射光消除设备和岩石识别设备，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述散射光消除设备和所述岩石识别设备都位于所述潜艇固定平台上，所述散射光消除设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇正前方的水下激光图像进行散射光消除，所述岩石识别设备与所述散射光消除设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中是否存在岩石。

更具体地，在所述基于图像处理的潜艇驾驶辅助系统中，还包括：挖掘设备，设置在所述潜艇固定平台上，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，用于对正前方岩石进行挖掘；FLASH存储器件，预先存储了岩石灰度范围和各类岩石基准模版，所述岩石灰度范围用于将图像中的岩石与背景分离，所述各类岩石基准模版为对各类基准岩石预先进行拍摄所得到的各个图像，还预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限，还预先存储了岩石面积阈值、岩石高度阈值和岩石宽度阈值，所述岩石面积阈值与挖掘设备挖掘输出功率成正比，所述岩石高度阈值与潜艇驱动控制设备瞬时爬升输出功率成正比，所述岩石宽度阈值与潜艇驱动控制设备瞬时绕行输出功率成正比；声纳设备，用于对潜艇前部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FLASH存储器件分别连接，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FLASH存储器件分别连接，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FLASH存储器件分别连接，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，所述激光器对潜艇前部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；超长波通信器件，位于潜艇操作仪表盘内，用于与远端的远程处理中心建立双向数据通信；定位器件，位于潜艇操作仪表盘内，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据；声光报警器件，与数字信号处理器连接，用于在接收到声光报警信号时，进行声光报警操作；超声波检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于测量所述潜艇前部距离前方岩石的距离，并作为岩石相对距离输出；激光强度检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于实时检测所述激光束被水下目标反射到所述探测器时的激光强度；所述散射光消除设备与所述激光成像设备、所述超声波检测仪和所述激光强度检测仪分别连接，以获得所述岩石相对距离和所述激光强度，并基于所述岩石相对距离和所述激光强度去除所述水下激光图像中因为激光照射而在前方岩石上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像；所述岩石识别设备，设置在所述潜艇固定平台上，与所述散射光消除设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件和目标识别子器件；所述自适应递归滤波子器件与所述散射光消除设备连接，用于对所述清晰化水下图像执行自适应递归滤波处理，以滤除所述清晰化水下图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子器件与所述自适应递归滤波子器件连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子器件与所述中值滤波子器件连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子器件与所述尺度变换增强子器件连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述岩石灰度范围内的所有像素组成岩石子图像；所述目标识别子器件与所述目标分割子器件和所述FLASH存储器件分别连接，将所述岩石子图像与各类岩石基准模版逐一匹配，输出匹配成功的岩石基准模版对应的岩石类型作为目标岩石类型；岩石状态分析设备，与所述岩石识别设备和所述声纳图像处理设备分别连接，当接收到所述目标岩石类型时，基于所述目标距离和所述岩石子图像占据所述增强图像的面积百分比计算水下岩石横向面积，基于所述目标距离和所述岩石子图像纵向高度占据所述增强图像纵向高度的高度百分比计算水下岩石高度，基于所述目标距离和所述岩石子图像横向宽度占据所述增强图像横向宽度的宽度百分比计算水下岩石宽度；数字信号处理器，设置在所述潜艇固定平台上，与所述定位器件、所述岩石识别设备和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标岩石类型时，将所述岩石子图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩岩石子图像，将所述压缩岩石子图像、所述目标岩石类型和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到远程处理中心；其中，所述数字信号处理器还与所述岩石状态分析设备、所述岩石识别设备和所述FLASH存储器件分别连接，当接收到所述目标岩石类型时，将所述水下岩石横向面积与所述岩石面积阈值比较，所述水下岩石横向面积小于等于所述岩石面积阈值则发出挖掘驱动信号，所述水下岩石横向面积大于所述岩石面积阈值则进入躲避工作模式；所述数字信号处理器在所述躲避工作模式中执行以下操作：当所述水下岩石高度小于等于所述岩石高度阈值时则发出上升驱动信号，当所述水下岩石高度大于所述岩石高度阈值时，进一步判断所述水下岩石宽度和所述岩石宽度阈值的比较结果：当所述水下岩石宽度小于等于所述岩石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；所述数字信号处理器还与潜艇驱动控制设备连接，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艇驱动控制设备；所述数字信号处理器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。