CN105058430A - 一种基于图像处理的水下机器人运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像处理的水下机器人运行方法，该方法包括：1)提供一种基于图像处理的水下机器人岩石避让平台，所述避让平台包括水下机器人主体、岩石检测设备和水上处理设备，所述岩石检测设备位于所述水下机器人主体上，用于检测水下是否存在岩石，并在检测到岩石时将岩石相关信息通过所述水下机器人主体传送给所述水上处理设备；2)运行所述平台。通过本发明，能够自动识别出水下岩石并进行智能化避让，提高水下机器人水下行驶的安全性。

Description

一种基于图像处理的水下机器人运行方法

技术领域

本发明涉及数字图像领域，尤其涉及一种基于图像处理的水下机器人运行方法。

背景技术

水下机器人在水下作业时候，很容易碰到岩石的干扰，在缺少相关岩石处理设备的情况下，水下机器人经常会陷入岩石中，或者被岩石碰撞损伤，从而耽误水下机器人的正常工作，需要较为昂贵的维修费用，给水下机器人运营商带来损失和不便。

现有技术中为水下机器人配备的岩石处理设备较为简单，岩石识别技术精度不高，岩石处理机制单一，无法适应复杂的水下环境，同时，水下机器人的结构也较为简单，无法在复杂的水下环境下保证正常作业。

为此，本发明提出了一种基于图像处理的水下机器人岩石避让平台，能够基于水下岩石情况，选择不同的处理策略，从而提高水下机器人的可靠性。

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水下机器人岩石避让平台，首先改造现有的水下机器人结构，其次改制现有的图像识别设备和岩石处理设备，提高水下机器人的智能化程度，避免水下机器人的正常工作受到干扰。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像处理的水下机器人运行方法，该方法包括：1)提供一种基于图像处理的水下机器人岩石避让平台，所述避让平台包括水下机器人主体、岩石检测设备和水上处理设备，所述岩石检测设备位于所述水下机器人主体上，用于检测水下是否存在岩石，并在检测到岩石时将岩石相关信息通过所述水下机器人主体传送给所述水上处理设备；2)运行所述平台。

更具体地，在所述基于图像处理的水下机器人岩石避让平台中，还包括：挖掘设备，设置在所述水下机器人主体上，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，用于对前方岩石进行挖掘；水上浮标，设置在所述水下机器人主体的上方水面上；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；GPS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GPS卫星发送的GPS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，用于探测所述水下机器人主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第一相对距离输出；超声波测距设备，设置在所述水下机器人主体上，用于测量所述水下机器人主体距离前方岩石的距离，并作为第二相对距离输出；静态存储设备，预先存储了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述静态存储设备预先存储了灰度化岩石模版，所述灰度化岩石模版为对基准岩石进行拍摄所得到的岩石图像执行灰度化处理而获得，所述静态存储设备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水下机器人挖掘输出功率成正比，所述岩石高度阈值与水下机器人瞬时爬升输出功率成正比，所述岩石宽度阈值与所述水下机器人瞬时绕行输出功率成正比；摄像设备，位于所述水下机器人主体上，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；所述水上处理设备用于接收所述水下机器人主体通过电缆传送的水下信息，所述水上处理设备位于水上船舶或岸边位置；所述水下机器人主体包括驱动设备、电缆和嵌入式处理器，所述电缆将所述驱动设备和所述嵌入式处理器分别与所述水上处理设备连接以建立通信，所述驱动设备包括驱动控制器、左舷直流减速电机、右舷直流减速电机、沉浮电机、正螺旋桨、反螺旋桨、附带螺旋桨和联轴器，所述左舷直流减速电机、所述右舷直流减速电机和所述沉浮电机分别通过所述联轴器与所述正螺旋桨、所述反螺旋桨和所述附带螺旋桨连接，所述驱动控制器接收所述水上处理设备发送的驱动控制信号，以根据所述驱动控制信号的内容驱动所述左舷直流减速电机和所述右舷直流减速电机以分别控制所述正螺旋桨和所述反螺旋桨，驱动水下机器人主体实现前进、后退和左右动作，还用于根据所述驱动控制信号的内容驱动所述沉浮电机以控制所述附带螺旋桨，驱动水下机器人主体实现上升与下潜动作；所述岩石检测设备包括图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备，所述图像预处理子设备与所述CMOS摄像头连接，以对所述水下图像依次执行自适应边缘增强和小波滤波处理，以获得预处理水下图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述预处理水下图像的每一个像素的亮度与所述黑白阈值分别比较，当像素的亮度大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的亮度小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化水下图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化水下图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述目标子图像与所述灰度化岩石模版匹配，匹配成功，则输出存在岩石信号，匹配失败，则输出不存在岩石信号；岩石状态分析设备，与所述岩石检测设备和所述超声波测距设备分别连接，当接收到所述存在岩石信号时，基于所述第二相对距离和所述目标子图像占据所述二值化水下图像的面积百分比计算水下岩石横向面积，基于所述第二相对距离和所述目标子图像纵向高度占据所述二值化水下图像纵向高度的高度百分比计算水下岩石高度，基于所述第二相对距离和所述目标子图像横向宽度占据所述二值化水下图像横向宽度的宽度百分比计算水下岩石宽度；其中，所述嵌入式处理器与所述GPS定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距设备、所述水上处理设备、所述岩石检测设备和所述驱动设备分别连接，用于监视所述驱动设备的驱动状态，还用于在接收到所述存在岩石信号时，启动所述GPS定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备以接收所述GPS定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离，基于所述GPS定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离计算并输出岩石GPS定位数据，并通过电缆将所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备；所述嵌入式处理器还与所述岩石状态分析设备、所述岩石检测设备和所述静态存储设备分别连接，当接收到所述存在岩石信号时，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；所述嵌入式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；所述嵌入式处理器还与所述驱动设备连接，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驱动设备；所述嵌入式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。

更具体地，在所述基于图像处理的水下机器人岩石避让平台中：所述嵌入式处理器在接收到所述不存在岩石信号时，关闭所述GPS定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备。

更具体地，在所述基于图像处理的水下机器人岩石避让平台中：所述嵌入式处理器将所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备包括：将所述预处理水下图像执行MPEG-2压缩编码以获得压缩水下图像，将所述压缩水下图像与所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备。

更具体地，在所述基于图像处理的水下机器人岩石避让平台中：所述水上处理设备还包括解压缩子设备和显示子设备，所述解压缩子设备用于解压缩所述压缩水下图像以获得所述预处理水下图像，所述显示子设备与所述解压缩子设备连接，用于显示所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据。

更具体地，在所述基于图像处理的水下机器人岩石避让平台中：所述水上处理设备还包括语音播放设备，用于在接收到所述岩石GPS定位数据时，播放所述岩石GPS定位数据。

更具体地，在所述基于图像处理的水下机器人岩石避让平台中：所述图像预处理子设备、所述二值化处理子设备、所述列边缘检测子设备、所述行边缘检测子设备、所述目标分割子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上。

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水下机器人岩石避让平台的结构方框图。

附图标记：1水下机器人主体；2岩石检测设备；3水上处理设备

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水下机器人岩石避让平台的实施方案进行详细说明。

水下机器人设备较为昂贵，运营商不希望其在水下工作时受到损坏，同时，水下环境又特别复杂，岩石大小形状各不相同，现有的简单的水下机器人结构和水下岩石识别设备已经不能满足运营商的需求。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于图像处理的水下机器人岩石避让平台，改造水下机器人和其携带设备的具体结构，使其能够适合水下作业要求，避免岩石带来的干扰。

图1为根据本发明实施方案示出的基于图像处理的水下机器人岩石避让平台的结构方框图，所述避让平台包括水下机器人主体、岩石检测设备和水上处理设备，所述岩石检测设备位于所述水下机器人主体上，用于检测水下是否存在岩石，并在检测到岩石时将岩石相关信息通过所述水下机器人主体传送给所述水上处理设备。

接着，继续对本发明的基于图像处理的水下机器人岩石避让平台的具体结构进行进一步的说明。

所述避让平台还包括：挖掘设备，设置在所述水下机器人主体上，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，用于对前方岩石进行挖掘。

所述避让平台还包括：水上浮标，设置在所述水下机器人主体的上方水面上。

所述避让平台还包括：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。

所述避让平台还包括：GPS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GPS卫星发送的GPS定位数据。

所述避让平台还包括：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，用于探测所述水下机器人主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第一相对距离输出。

所述避让平台还包括：超声波测距设备，设置在所述水下机器人主体上，用于测量所述水下机器人主体距离前方岩石的距离，并作为第二相对距离输出。

所述避让平台还包括：静态存储设备，预先存储了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述静态存储设备预先存储了灰度化岩石模版，所述灰度化岩石模版为对基准岩石进行拍摄所得到的岩石图像执行灰度化处理而获得，所述静态存储设备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水下机器人挖掘输出功率成正比，所述岩石高度阈值与水下机器人瞬时爬升输出功率成正比，所述岩石宽度阈值与所述水下机器人瞬时绕行输出功率成正比。

所述避让平台还包括：摄像设备，位于所述水下机器人主体上，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。

所述水上处理设备用于接收所述水下机器人主体通过电缆传送的水下信息，所述水上处理设备位于水上船舶或岸边位置。

所述水下机器人主体包括驱动设备、电缆和嵌入式处理器，所述电缆将所述驱动设备和所述嵌入式处理器分别与所述水上处理设备连接以建立通信，所述驱动设备包括驱动控制器、左舷直流减速电机、右舷直流减速电机、沉浮电机、正螺旋桨、反螺旋桨、附带螺旋桨和联轴器，所述左舷直流减速电机、所述右舷直流减速电机和所述沉浮电机分别通过所述联轴器与所述正螺旋桨、所述反螺旋桨和所述附带螺旋桨连接，所述驱动控制器接收所述水上处理设备发送的驱动控制信号，以根据所述驱动控制信号的内容驱动所述左舷直流减速电机和所述右舷直流减速电机以分别控制所述正螺旋桨和所述反螺旋桨，驱动水下机器人主体实现前进、后退和左右动作，还用于根据所述驱动控制信号的内容驱动所述沉浮电机以控制所述附带螺旋桨，驱动水下机器人主体实现上升与下潜动作。

所述岩石检测设备包括图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备，所述图像预处理子设备与所述CMOS摄像头连接，以对所述水下图像依次执行自适应边缘增强和小波滤波处理，以获得预处理水下图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述预处理水下图像的每一个像素的亮度与所述黑白阈值分别比较，当像素的亮度大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的亮度小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化水下图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化水下图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述目标子图像与所述灰度化岩石模版匹配，匹配成功，则输出存在岩石信号，匹配失败，则输出不存在岩石信号。

所述避让平台还包括：岩石状态分析设备，与所述岩石检测设备和所述超声波测距设备分别连接，当接收到所述存在岩石信号时，基于所述第二相对距离和所述目标子图像占据所述二值化水下图像的面积百分比计算水下岩石横向面积，基于所述第二相对距离和所述目标子图像纵向高度占据所述二值化水下图像纵向高度的高度百分比计算水下岩石高度，基于所述第二相对距离和所述目标子图像横向宽度占据所述二值化水下图像横向宽度的宽度百分比计算水下岩石宽度。

所述嵌入式处理器与所述GPS定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距设备、所述水上处理设备、所述岩石检测设备和所述驱动设备分别连接，用于监视所述驱动设备的驱动状态，还用于在接收到所述存在岩石信号时，启动所述GPS定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备以接收所述GPS定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离，基于所述GPS定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离计算并输出岩石GPS定位数据，并通过电缆将所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备。

所述嵌入式处理器还与所述岩石状态分析设备、所述岩石检测设备和所述静态存储设备分别连接，当接收到所述存在岩石信号时，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。

所述嵌入式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；所述嵌入式处理器还与所述驱动设备连接，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驱动设备；所述嵌入式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。

可选地，在所述基于图像处理的水下机器人岩石避让平台中：所述嵌入式处理器在接收到所述不存在岩石信号时，关闭所述GPS定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备；所述嵌入式处理器将所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备包括：将所述预处理水下图像执行MPEG-2压缩编码以获得压缩水下图像，将所述压缩水下图像与所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备；所述水上处理设备还包括解压缩子设备和显示子设备，所述解压缩子设备用于解压缩所述压缩水下图像以获得所述预处理水下图像，所述显示子设备与所述解压缩子设备连接，用于显示所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据；所述水上处理设备还包括语音播放设备，用于在接收到所述岩石GPS定位数据时，播放所述岩石GPS定位数据；所述图像预处理子设备、所述二值化处理子设备、所述列边缘检测子设备、所述行边缘检测子设备、所述目标分割子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上。

可选地，图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备分别采用不同的FPGA芯片实现。

另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的基于图像处理的水下机器人岩石避让平台，针对现有技术中水下机器人难于适应复杂的水下岩石环境的技术问题，改造现有的机器人结构以及机器人所携带的电子辅助设备的结构，使得水下岩石的检测和处理更加完善，避免水下机器人被岩石损坏。

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 (7)

1.一种基于图像处理的水下机器人运行方法，该方法包括：

1)提供一种基于图像处理的水下机器人岩石避让平台，所述避让平台包括水下机器人主体、岩石检测设备和水上处理设备，所述岩石检测设备位于所述水下机器人主体上，用于检测水下是否存在岩石，并在检测到岩石时将岩石相关信息通过所述水下机器人主体传送给所述水上处理设备；

2)运行所述平台。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述避让平台还包括：

挖掘设备，设置在所述水下机器人主体上，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，用于对前方岩石进行挖掘；

水上浮标，设置在所述水下机器人主体的上方水面上；

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；

GPS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GPS卫星发送的GPS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，用于探测所述水下机器人主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第一相对距离输出；

超声波测距设备，设置在所述水下机器人主体上，用于测量所述水下机器人主体距离前方岩石的距离，并作为第二相对距离输出；

静态存储设备，预先存储了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述静态存储设备预先存储了灰度化岩石模版，所述灰度化岩石模版为对基准岩石进行拍摄所得到的岩石图像执行灰度化处理而获得，所述静态存储设备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水下机器人挖掘输出功率成正比，所述岩石高度阈值与水下机器人瞬时爬升输出功率成正比，所述岩石宽度阈值与所述水下机器人瞬时绕行输出功率成正比；

摄像设备，位于所述水下机器人主体上，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；

所述水上处理设备用于接收所述水下机器人主体通过电缆传送的水下信息，所述水上处理设备位于水上船舶或岸边位置；

所述水下机器人主体包括驱动设备、电缆和嵌入式处理器，所述电缆将所述驱动设备和所述嵌入式处理器分别与所述水上处理设备连接以建立通信，所述驱动设备包括驱动控制器、左舷直流减速电机、右舷直流减速电机、沉浮电机、正螺旋桨、反螺旋桨、附带螺旋桨和联轴器，所述左舷直流减速电机、所述右舷直流减速电机和所述沉浮电机分别通过所述联轴器与所述正螺旋桨、所述反螺旋桨和所述附带螺旋桨连接，所述驱动控制器接收所述水上处理设备发送的驱动控制信号，以根据所述驱动控制信号的内容驱动所述左舷直流减速电机和所述右舷直流减速电机以分别控制所述正螺旋桨和所述反螺旋桨，驱动水下机器人主体实现前进、后退和左右动作，还用于根据所述驱动控制信号的内容驱动所述沉浮电机以控制所述附带螺旋桨，驱动水下机器人主体实现上升与下潜动作；

所述岩石检测设备包括图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备，所述图像预处理子设备与所述CMOS摄像头连接，以对所述水下图像依次执行自适应边缘增强和小波滤波处理，以获得预处理水下图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述预处理水下图像的每一个像素的亮度与所述黑白阈值分别比较，当像素的亮度大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的亮度小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化水下图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化水下图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述目标子图像与所述灰度化岩石模版匹配，匹配成功，则输出存在岩石信号，匹配失败，则输出不存在岩石信号；

岩石状态分析设备，与所述岩石检测设备和所述超声波测距设备分别连接，当接收到所述存在岩石信号时，基于所述第二相对距离和所述目标子图像占据所述二值化水下图像的面积百分比计算水下岩石横向面积，基于所述第二相对距离和所述目标子图像纵向高度占据所述二值化水下图像纵向高度的高度百分比计算水下岩石高度，基于所述第二相对距离和所述目标子图像横向宽度占据所述二值化水下图像横向宽度的宽度百分比计算水下岩石宽度；

其中，所述嵌入式处理器与所述GPS定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距设备、所述水上处理设备、所述岩石检测设备和所述驱动设备分别连接，用于监视所述驱动设备的驱动状态，还用于在接收到所述存在岩石信号时，启动所述GPS定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备以接收所述GPS定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离，基于所述GPS定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离计算并输出岩石GPS定位数据，并通过电缆将所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备；

其中，所述嵌入式处理器还与所述岩石状态分析设备、所述岩石检测设备和所述静态存储设备分别连接，当接收到所述存在岩石信号时，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；

其中，所述嵌入式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；

其中，所述嵌入式处理器还与所述驱动设备连接，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驱动设备；

其中，所述嵌入式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。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述嵌入式处理器在接收到所述不存在岩石信号时，关闭所述GPS定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述嵌入式处理器将所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备包括：将所述预处理水下图像执行MPEG-2压缩编码以获得压缩水下图像，将所述压缩水下图像与所述岩石GPS定位数据传输到所述水上处理设备。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述水上处理设备还包括解压缩子设备和显示子设备，所述解压缩子设备用于解压缩所述压缩水下图像以获得所述预处理水下图像，所述显示子设备与所述解压缩子设备连接，用于显示所述预处理水下图像和所述岩石GPS定位数据。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述水上处理设备还包括语音播放设备，用于在接收到所述岩石GPS定位数据时，播放所述岩石GPS定位数据。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述图像预处理子设备、所述二值化处理子设备、所述列边缘检测子设备、所述行边缘检测子设备、所述目标分割子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上。