CN105160639A - 一种基于激光图像处理的水下焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于激光图像处理的水下焊接方法，该方法包括：1)提供一种基于激光图像处理的水下焊接平台，所述焊接平台包括激光成像设备和焊缝跟踪设备，所述激光成像设备基于声纳图像处理结果启动对水下激光图像的拍摄，所述焊缝跟踪设备与所述激光成像设备连接，对所述水下激光图像进行激光图像处理以确定焊缝相关信息；2)运行所述平台。通过本发明，能够以高质量的激光图像为识别基础，及时定位水下焊缝位置。

Description

一种基于激光图像处理的水下焊接方法

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于激光图像处理的水下焊接方法。

背景技术

水下设备的质量很大程度由水下焊接质量确定，而水下焊接的首要要塞是对焊缝定位准确，现有技术中，由于水下作业环境特殊，水下成像技术很难控制，导致成像效果不佳，无法进行焊缝识别。

为此，需要一种基于高质量激光图像的焊缝识别方案，能够精确控制水下激光成像器的快门开关，能够准确识别出激光图像中的焊缝位置，并进而能够进行自动焊接，从而延长水下设备的寿命。

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激光图像处理的水下焊接平台，利用焊接平台主体架构作为水下焊接设备载体，利用声纳和声纳图像处理设备确定水下激光成像设备的快门触发时间，采用有针对性的图像识别技术和图像定位技术准确确定焊缝位置，以基于焊缝位置实施自动焊接。

根据本发明的一方面，提供了一种基于激光图像处理的水下焊接方法，该方法包括：1)提供一种基于激光图像处理的水下焊接平台，所述焊接平台包括激光成像设备和焊缝跟踪设备，所述激光成像设备基于声纳图像处理结果启动对水下激光图像的拍摄，所述焊缝跟踪设备与所述激光成像设备连接，对所述水下激光图像进行激光图像处理以确定焊缝相关信息；2)运行所述平台。

更具体地，在所述基于激光图像处理的水下焊接平台中，还包括：电焊钳，用于固定焊条，所述焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；接地夹，被固定在待焊接工件上；电焊机，负极连接至所述电焊钳，正极接地；电焊钳驱动设备，与所述电焊钳连接，用于根据电焊钳驱动信号驱动所述电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；电焊钳驱动电机，为一直流电机，为所述电焊钳驱动设备对所述电焊钳的驱动提供动力；静态存储设备，设置在所述焊接平台主体架构上，预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限，还用于预先存储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，所述静态存储设备还预先存储了灰度化焊缝模版，所述灰度化焊缝模版为对基准焊缝进行拍摄所得到的焊缝图像执行灰度化处理而获得；声纳设备，设置在所述焊接平台主体架构上，用于对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，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述声纳设备和所述静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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；激光成像设备，设置在所述焊接平台主体架构上，包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对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；所述焊缝跟踪设备，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述激光成像设备连接，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激光成像设备连接，以对所述水下激光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焊缝模版匹配，匹配成功，则输出存在焊缝信号，匹配失败，则输出不存在焊缝信号；数字信号处理器，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述焊缝跟踪设备连接，用于在接收到所述存在焊缝信号时，将所述目标子图像执行MPEG-4压缩编码以获得压缩图像，并将所述压缩图像和所述存在焊缝信号通过水下电缆传送到水上焊接处理中心；其中，所述数字信号处理器在接收到所述存在焊缝信号时，根据焊缝子图像在水下图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。

更具体地，在所述基于激光图像处理的水下焊接平台中：所述数字信号处理器在接收到所述不存在焊缝信号时，将所述不存在焊缝信号通过水下电缆传送到水上焊接处理中心。

更具体地，在所述基于激光图像处理的水下焊接平台中，所述焊接平台还包括：GPS定位设备，设置在所述焊接平台主体架构上方的水面浮标上，与所述数字信号处理器连接，用于在接收到所述存在焊缝信号时，将接收到的GPS定位数据发送到水上焊接处理中心。

更具体地，在所述基于激光图像处理的水下焊接平台中：所述GPS定位设备包括太阳能光伏板，用于为所述GPS定位设备提供电力供应。

更具体地，在所述基于激光图像处理的水下焊接平台中：所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片。

更具体地，在所述基于激光图像处理的水下焊接平台中：所述静态存储设备为SDRAM。

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激光图像处理的水下焊接平台的结构方框图。

附图标记：1激光成像设备；2焊缝跟踪设备

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于激光图像处理的水下焊接平台的实施方案进行详细说明。

现有技术中，由于水下作业的特殊环境，水下焊接难度较大，其激光成像时机难以控制，而且缺乏适应水下环境的图像识别技术和定位技术，导致水下焊缝难以识别和定位。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于激光图像处理的水下焊接平台，通过改造水下焊接设备的具体结构，引入一系列适合水下操作的电子辅助设备，使得自动识别焊缝、实施焊接成为可能。

图1为根据本发明实施方案示出的基于激光图像处理的水下焊接平台的结构方框图，所述焊接平台包括激光成像设备和焊缝跟踪设备，所述激光成像设备基于声纳图像处理结果启动对水下激光图像的拍摄，所述焊缝跟踪设备与所述激光成像设备连接，对所述水下激光图像进行激光图像处理以确定焊缝相关信息。

接着，继续对本发明的基于激光图像处理的水下焊接平台的具体结构进行进一步的说明。

所述焊接平台还包括：电焊钳，用于固定焊条，所述焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；接地夹，被固定在待焊接工件上；电焊机，负极连接至所述电焊钳，正极接地；电焊钳驱动设备，与所述电焊钳连接，用于根据电焊钳驱动信号驱动所述电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；电焊钳驱动电机，为一直流电机，为所述电焊钳驱动设备对所述电焊钳的驱动提供动力。

所述焊接平台还包括：静态存储设备，设置在所述焊接平台主体架构上，预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限，还用于预先存储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，所述静态存储设备还预先存储了灰度化焊缝模版，所述灰度化焊缝模版为对基准焊缝进行拍摄所得到的焊缝图像执行灰度化处理而获得。

所述焊接平台还包括：声纳设备，设置在所述焊接平台主体架构上，用于对水下目标执行声纳图像采集，以获得声纳图像。

所述焊接平台还包括：声纳图像处理设备，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述声纳设备和所述静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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。

所述焊接平台还包括：激光成像设备，设置在所述焊接平台主体架构上，包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对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。

所述焊缝跟踪设备，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述激光成像设备连接，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激光成像设备连接，以对所述水下激光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焊缝模版匹配，匹配成功，则输出存在焊缝信号，匹配失败，则输出不存在焊缝信号。

所述焊接平台还包括：数字信号处理器，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述焊缝跟踪设备连接，用于在接收到所述存在焊缝信号时，将所述目标子图像执行MPEG-4压缩编码以获得压缩图像，并将所述压缩图像和所述存在焊缝信号通过水下电缆传送到水上焊接处理中心；其中，所述数字信号处理器在接收到所述存在焊缝信号时，根据焊缝子图像在水下图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。

可选地，在所述基于激光图像处理的水下焊接平台中：所述数字信号处理器在接收到所述不存在焊缝信号时，将所述不存在焊缝信号通过水下电缆传送到水上焊接处理中心；所述焊接平台还包括：GPS定位设备，设置在所述焊接平台主体架构上方的水面浮标上，与所述数字信号处理器连接，用于在接收到所述存在焊缝信号时，将接收到的GPS定位数据发送到水上焊接处理中心；所述GPS定位设备包括太阳能光伏板，用于为所述GPS定位设备提供电力供应；所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片；所述静态存储设备为SDRAM。

采用本发明的基于激光图像处理的水下焊接平台，针对现有技术中由于激光成像精度低导致焊缝难以识别的技术问题，通过引入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的焊缝识别设备对焊缝进行准确识别，并改造现有的水下焊接设备以完成水下自动焊接。

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)

1.一种基于激光图像处理的水下焊接方法，该方法包括：

1)提供一种基于激光图像处理的水下焊接平台，所述焊接平台包括激光成像设备和焊缝跟踪设备，所述激光成像设备基于声纳图像处理结果启动对水下激光图像的拍摄，所述焊缝跟踪设备与所述激光成像设备连接，对所述水下激光图像进行激光图像处理以确定焊缝相关信息；

2)运行所述平台。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊接平台还包括：

电焊钳，用于固定焊条，所述焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；

安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；

接地夹，被固定在待焊接工件上；

电焊机，负极连接至所述电焊钳，正极接地；

电焊钳驱动设备，与所述电焊钳连接，用于根据电焊钳驱动信号驱动所述电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；

电焊钳驱动电机，为一直流电机，为所述电焊钳驱动设备对所述电焊钳的驱动提供动力；

静态存储设备，设置在所述焊接平台主体架构上，预先存储了亮度阈值上限和亮度阈值下限，还用于预先存储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，所述静态存储设备还预先存储了灰度化焊缝模版，所述灰度化焊缝模版为对基准焊缝进行拍摄所得到的焊缝图像执行灰度化处理而获得；

声纳设备，设置在所述焊接平台主体架构上，用于对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，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述声纳设备和所述静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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静态存储设备分别连接，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；

激光成像设备，设置在所述焊接平台主体架构上，包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对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；

所述焊缝跟踪设备，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述激光成像设备连接，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激光成像设备连接，以对所述水下激光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焊缝模版匹配，匹配成功，则输出存在焊缝信号，匹配失败，则输出不存在焊缝信号；

数字信号处理器，设置在所述焊接平台主体架构上，与所述焊缝跟踪设备连接，用于在接收到所述存在焊缝信号时，将所述目标子图像执行MPEG-4压缩编码以获得压缩图像，并将所述压缩图像和所述存在焊缝信号通过水下电缆传送到水上焊接处理中心；

其中，所述数字信号处理器在接收到所述存在焊缝信号时，根据焊缝子图像在水下图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述数字信号处理器在接收到所述不存在焊缝信号时，将所述不存在焊缝信号通过水下电缆传送到水上焊接处理中心。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焊接平台还包括：

GPS定位设备，设置在所述焊接平台主体架构上方的水面浮标上，与所述数字信号处理器连接，用于在接收到所述存在焊缝信号时，将接收到的GPS定位数据发送到水上焊接处理中心。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述GPS定位设备包括太阳能光伏板，用于为所述GPS定位设备提供电力供应。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述静态存储设备为SDRAM。