[发明专利]基于清晰化图像处理的水下设备缺陷识别系统

摘要

本发明涉及一种基于清晰化图像处理的水下设备缺陷识别系统，包括潜水器主体、清晰化分析设备和AT89C51单片机，所述清晰化分析设备和所述AT89C51单片机都位于所述潜水器主体上，所述清晰化分析设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下设备的缺陷等级，所述AT89C51单片机与所述清晰化分析设备连接，用于基于所述缺陷等级确定是否进行相应的缺陷报警。通过本发明，能够对水下图像进行清晰化处理，并能够自动检测到水下设备是否存在缺陷。

主权项

一种基于清晰化图像处理的水下设备缺陷识别系统，所述识别系统包括潜水器主体、清晰化分析设备和AT89C51单片机，所述清晰化分析设备和所述AT89C51单片机都位于所述潜水器主体上，所述清晰化分析设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下设备的缺陷等级，所述AT89C51单片机与所述清晰化分析设备连接，用于基于所述缺陷等级确定是否进行相应的缺陷报警；其特征在于，所述识别系统还包括：超声波测距设备，位于所述潜水器主体上，用于测量所述潜水器主体距离前方设备的距离，并作为第一相对距离输出；FLASH存储设备，预先存储了破损等级对照表，所述破损等级对照表保存了每一个破损等级所对应的破损区域所处曲线的周长、面积和形状参数；水下摄像设备，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；所述清晰化分析设备包括散射光滤除子设备、阈值分析子设备和破损区域特征提取子设备；所述散射光滤除子设备与所述CMOS摄像头、所述超声波测距设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述第一相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述第一相对距离和所述辅助照明亮度去除所述水下图像中因为辅助照明子设备照射而在前方目标上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像；所述阈值分析子设备与所述散射光滤除子设备连接，从0‑255依次选择灰度值作为备选灰度值，使用备选灰度值将所述清晰化水下图像分割为备选目标区域图像和备选背景区域图像；基于备选目标区域图像像素总数、备选目标区域图像像素灰度平均值、备选背景区域图像像素总数和备选背景区域图像像素灰度平均值计算灰度值类间方差值，具体计算为：备选目标区域图像像素灰度平均值减去备选背景区域图像像素灰度平均值，获得的差的平方值乘以备选目标区域图像像素总数和备选背景区域图像像素总数即为灰度值类间方差值；将最大灰度值类间方差值所对应的备选灰度值作为分割阈值输出；所述破损区域特征提取子设备与所述阈值分析子设备、所述散射光滤除子设备和所述FLASH存储设备分别连接以获得所述分割阈值，包括背景分割单元、破损区域连通单元、特征识别单元和破损等级识别单元；所述背景分割单元与所述阈值分析子设备和所述散射光滤除子设备分别连接，使用分割阈值将所述清晰化水下图像分割为最终目标区域图像和最终背景区域图像；所述破损区域连通单元与所述背景分割单元连接，用于基于最终目标区域图像中区域边界上相邻像素的连通性，确定将区域包围起来的封闭曲线；所述特征识别单元与所述破损区域连通单元连接，基于所述封闭曲线确定破损区域的周长、面积和形状参数，所述形状参数等于周长的平方除以面积的4π；所述破损等级识别单元与所述阈值分析子设备和所述FLASH存储设备分别连接，基于确定的周长、面积和形状参数在破损等级对照表中查找对应的破损等级以作为目标破损等级输出；所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力；水上浮标，设置在所述潜水器主体的上方水面上；供电设备，设置在所述水上浮标上，包括防水密封罩、太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述防水密封罩用于容纳所述太阳能供电器件、所述蓄电池、所述切换开关和所述电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；北斗星定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收北斗星卫星发送的北斗星定位数据；声纳探测设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于探测所述潜水器主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第二相对距离输出；所述AT89C51单片机与所述水下摄像设备、所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距设备、所述清晰化分析设备和所述三个直流电机分别连接，用于监视所述三个直流电机的工作状态，用于在接收到所述目标破损等级时，当所述目标破损等级大于破损等级阈值时，发出破损报警信号，还用于基于所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离计算并输出设备定位数据，并通过电缆将所述破损报警信号、所述水下图像、所述最终目标区域图像和所述设备定位数据传输到水上处理中心。