CN105035281A - 基于图像处理的船底下方设备状况检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，包括船底固定架、去散射处理设备和设备状况识别设备，所述去散射处理设备和所述设备状况识别设备都位于所述船底固定架上，所述去散射处理设备用于对船底正下方的水下图像执行清晰化处理，以获得清晰化水下图像，所述设备状况识别设备基于所述清晰化水下图像判断水下设备状况。通过本发明，能够在船舶行进过程中，自动搜索船下设备状况，提高船舶的工作效率。

Description

基于图像处理的船底下方设备状况检测平台

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种基于图像处理的船底下方设备状况检测平台。

背景技术

很多水下设备是连续的、需要具有漫长回程的检测设备进行检测，如果这时，仍采用传统的潜水员下潜，则需要耗费大量人力和物力，而且由于潜水员续航性不高，难于持续检测。

同时，现有技术中也缺乏适合水下操作环境的水下设备检测机制，也缺乏相应的水下定位机制。

为此，本发明提出了一种基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，能够利用现有船舶，在船舶行驶过程中可持续地监测水下设备状况，同时不耽误船舶的正常航行，从而在保证检测数据精度的同时，节约大量人力和物力。

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船底下方设备状况检测平台，改造现有船舶的底部结构，集成能够去除水下散射干扰、能够准确识别水下设备破损程度的多个水下处理设备，并能够根据预设的水下设备破损等级表给出当前水下设备的破损等级，为设备监护部门的维护提供有价值的参考数据。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，所述检测平台包括船底固定架、去散射处理设备和设备状况识别设备，所述去散射处理设备和所述设备状况识别设备都位于所述船底固定架上，所述去散射处理设备用于对船底正下方的水下图像执行清晰化处理，以获得清晰化水下图像，所述设备状况识别设备基于所述清晰化水下图像判断水下设备状况。

更具体地，在所述基于图像处理的船底下方设备状况检测平台中，还包括：伽利略定位设备，设置在船舶上，用于接收伽利略卫星发送的伽利略定位数据；供电设备，设置在船舶上，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，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；移动硬盘，设置在船舶上，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；水下拍摄设备，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摄像头对船底目标拍摄以获得包含船底下方水下设备的水下图像；超声波测距设备，设置在所述船底固定架上，用于测量所述船底固定架距离下方设备的距离，并作为设备相对距离输出；所述去散射处理设备与所述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，以获得所述设备相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述设备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船底水下设备上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像；所述设备状况识别设备包括阈值分析子设备和破损区域特征提取子设备；所述阈值分析子设备与所述去散射处理设备连接，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；破损区域特征提取子设备，与所述阈值子分析设备、所述去散射处理设备和所述移动硬盘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设备和所述去散射处理设备分别连接，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设备和所述移动硬盘分别连接，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；嵌入式处理器，设置在船舶控制室内，通过电缆与所述设备状况识别设备连接，还与所述伽利略定位设备连接，当接收到所述目标破损等级时，将所述目标破损等级转发给所述无线通信接口，并将所述清晰化水下图像进行压缩编码以获得水下压缩图像；无线通信接口，与所述嵌入式处理器连接，用于在接收到所述目标破损等级时，将所述水下压缩图像和所述目标破损等级通过无线通信网络发送到水上搜救平台。

更具体地，在所述基于图像处理的船底下方设备状况检测平台中，所述检测平台还包括：显示设备，与所述嵌入式处理器连接，用于显示与所述目标破损等级对应的文字信号。

更具体地，在所述基于图像处理的船底下方设备状况检测平台中：所述设备状况识别设备与所述去散射处理设备被集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述基于图像处理的船底下方设备状况检测平台中：所述嵌入式处理器采用的压缩编码标准为MPEG-2压缩编码标准。

更具体地，在所述基于图像处理的船底下方设备状况检测平台中：所述显示设备为液晶显示器。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台的结构方框图。

附图标记：1船底固定架；2去散射处理设备；3设备状况识别设备

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台的实施方案进行详细说明。

对于分布范围较广，需要持续勘测的水下设备，如水下光缆，现有的潜水员人工勘测方式显然不能满足要求，需要一种机械化的可持续的勘测设备，能够适应水下环境，给出水下设备状态。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，借助船舶的可持续航行特点，在船舶底部安装一系列适合水下环境的识别定位设备，从而给出水下设备的破损等级。

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台的结构方框图，所述检测平台包括船底固定架、去散射处理设备和设备状况识别设备，所述去散射处理设备和所述设备状况识别设备都位于所述船底固定架上，所述去散射处理设备用于对船底正下方的水下图像执行清晰化处理，以获得清晰化水下图像，所述设备状况识别设备基于所述清晰化水下图像判断水下设备状况。

接着，继续对本发明的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台的具体结构进行进一步的说明。

所述检测平台还包括：伽利略定位设备，设置在船舶上，用于接收伽利略卫星发送的伽利略定位数据。

所述检测平台还包括：供电设备，设置在船舶上，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，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。

所述检测平台还包括：移动硬盘，设置在船舶上，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。

所述检测平台还包括：水下拍摄设备，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摄像头对船底目标拍摄以获得包含船底下方水下设备的水下图像。

所述检测平台还包括：超声波测距设备，设置在所述船底固定架上，用于测量所述船底固定架距离下方设备的距离，并作为设备相对距离输出；所述去散射处理设备与所述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，以获得所述设备相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述设备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船底水下设备上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像。

所述设备状况识别设备包括阈值分析子设备和破损区域特征提取子设备；所述阈值分析子设备与所述去散射处理设备连接，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。

所述检测平台还包括：破损区域特征提取子设备，与所述阈值子分析设备、所述去散射处理设备和所述移动硬盘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设备和所述去散射处理设备分别连接，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设备和所述移动硬盘分别连接，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。

所述检测平台还包括：嵌入式处理器，设置在船舶控制室内，通过电缆与所述设备状况识别设备连接，还与所述伽利略定位设备连接，当接收到所述目标破损等级时，将所述目标破损等级转发给所述无线通信接口，并将所述清晰化水下图像进行压缩编码以获得水下压缩图像；无线通信接口，与所述嵌入式处理器连接，用于在接收到所述目标破损等级时，将所述水下压缩图像和所述目标破损等级通过无线通信网络发送到水上搜救平台。

可选地，在所述基于图像处理的船底下方设备状况检测平台中，所述检测平台还包括：显示设备，与所述嵌入式处理器连接，用于显示与所述目标破损等级对应的文字信号；所述设备状况识别设备与所述去散射处理设备被集成在一块集成电路板上；所述嵌入式处理器采用的压缩编码标准为MPEG-2压缩编码标准；所述显示设备为液晶显示器。

采用本发明的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，针对现有技术中难以对分布范围广泛的水下设备进行有效状况检测的技术问题，通过改造现有船舶底部，在船舶底部平台上安装水下设备识别定位装置，从而在船舶行驶中能够可持续地对水下设备进行状况检测。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，所述检测平台包括船底固定架、去散射处理设备和设备状况识别设备，所述去散射处理设备和所述设备状况识别设备都位于所述船底固定架上，所述去散射处理设备用于对船底正下方的水下图像执行清晰化处理，以获得清晰化水下图像，所述设备状况识别设备基于所述清晰化水下图像判断水下设备状况。

2.如权利要求1所述的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，其特征在于，所述检测平台还包括：

伽利略定位设备，设置在船舶上，用于接收伽利略卫星发送的伽利略定位数据；

供电设备，设置在船舶上，包括太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，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；

移动硬盘，设置在船舶上，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；

水下拍摄设备，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摄像头对船底目标拍摄以获得包含船底下方水下设备的水下图像；

超声波测距设备，设置在所述船底固定架上，用于测量所述船底固定架距离下方设备的距离，并作为设备相对距离输出；

所述去散射处理设备与所述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，以获得所述设备相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述设备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船底水下设备上形成的散射光成份，以获得清晰化水下图像；

所述设备状况识别设备包括阈值分析子设备和破损区域特征提取子设备；

所述阈值分析子设备与所述去散射处理设备连接，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；

破损区域特征提取子设备，与所述阈值子分析设备、所述去散射处理设备和所述移动硬盘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设备和所述去散射处理设备分别连接，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设备和所述移动硬盘分别连接，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；

嵌入式处理器，设置在船舶控制室内，通过电缆与所述设备状况识别设备连接，还与所述伽利略定位设备连接，当接收到所述目标破损等级时，将所述目标破损等级转发给所述无线通信接口，并将所述清晰化水下图像进行压缩编码以获得水下压缩图像；

无线通信接口，与所述嵌入式处理器连接，用于在接收到所述目标破损等级时，将所述水下压缩图像和所述目标破损等级通过无线通信网络发送到水上搜救平台。

3.如权利要求2所述的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，其特征在于，所述检测平台还包括：

显示设备，与所述嵌入式处理器连接，用于显示与所述目标破损等级对应的文字信号。

4.如权利要求2所述的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，其特征在于：

所述设备状况识别设备与所述去散射处理设备被集成在一块集成电路板上。

5.如权利要求3所述的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，其特征在于：

所述嵌入式处理器采用的压缩编码标准为MPEG-2压缩编码标准。

6.如权利要求3所述的基于图像处理的船底下方设备状况检测平台，其特征在于：

所述显示设备为液晶显示器。