[发明专利]一种声纳图像管线检测系统及方法

权利要求书

1.一种声纳图像管线检测系统，其特征在于，包括水面上的计算机和水面下的自主式水下机器人组成；所述自主式水下机器人是一种可位移的潜艇式水下机器人；所述计算机与自主式水下机器人通过无线通信相连；所述自主式水下机器人搭载：侧扫声纳、PC104控制板、全球定位系统、声速仪、惯性导航系统、STM32控制板、直流舵机、直流电机、直流电源；所述侧扫声纳与PC104控制板相连，侧扫声纳获取海底声纳图像并将声纳图像传至PC104控制板；所述全球定位系统与PC104控制板相连，将自主式水下机器人位置信息传至PC104控制板；所述声速仪与PC104控制板相连，将声速信息传至PC104控制板；所述惯性导航系统与PC104控制板相连，将自主式水下机器人位姿和导航信息传至PC104控制板；所述PC104控制板通过无线通信将声纳图像、全球定位系统位置信息、自主式水下机器人位姿和导航信息、声速传输给水面上计算机；所述STM32控制板与PC104控制板相连，根据计算机反馈信息控制自主式水下机器人运行；所述直流电源与PC104控制板和STM32控制板相连，为自主式水下机器人搭载仪器供电；所述直流舵机与STM32相连，控制自主式水下机器人运行方向；所述直流电机与STM32相连，驱动螺旋桨。

2.一种声纳图像管线检测方法，包括以下步骤：

(1)采用高斯滤波去除原图部分噪声得到去噪图；

(2)对去噪图采用恒虚警率算法得到包含着目标和虚警的二值图；

(3)对二值图形态学处理得到图像中连通区域的结构；

(4)排除二值图中离心率低的虚警噪声得到只包含管线像素的二值图；

(5)对二值图做Hough变换，检测管线边缘的直线线段得到管线边缘的线段；

(6)用检测出的直线线段端点作为特征点，曲线拟合得到管线位置和走向信息；

其中所述步骤(1)-(4)得到管线目标的二值图，步骤(5)-(6)得到管线的位置走向信息；

步骤(1)的高斯滤波窗口服从二维高斯函数，如式：

x、y分别为声纳图像中的像素坐标，其中σ为标准差；

其特征在于：步骤(2)所述恒虚警率算法对去噪图采用检测窗口为长方形结构，长方形结构的长为(R+P)*2+1，宽为P*2+1；P为保护单元长度，R为参考单元长度；

恒虚警率算法步骤如下：

(4.1)计算声纳图像的灰度值累加矩阵Ga；

h、w分别为声纳图像的高度和宽度；

(4.2)计算参考单元的灰度累加值：

步骤一，计算检测窗口内总灰度值Da，计算公式为：

d_p为保护距离，d_r为测试距离；

步骤二，计算保护单元内灰度累加值，计算公式为：

步骤三，将检测窗口内总灰度值减去保护单元内灰度累加值，得到参考单元灰度值；

(4.3)计算每个像素的检测阈值；

检测阈值T的公式如下：

T＝α*参考单元灰度值平均值

乘法器系数α由虚警概率常数P_fa和参考单元个数R_c来确定，其计算公式如下：

(4.4)利用检测阈值进行判别，若大于阈值，则保留灰度值，这部分像素称为保留像素，反之，则像素灰度值归零；

(4.5)计算保留像素灰度值的平均值；

(4.6)比较保留像素灰度值与灰度值平均值，大于平均值则认定为目标，反之为背景。

3.如权利要求2所述的声纳图像管线检测方法，其特征在于：步骤(6)所述曲线拟合的方法，具体包括以下步骤：

(1)将Hough变换检测出的线段端点作为特征点；

(2)统计Hough变换检测出的线段与x轴的夹角θ，计算θ的方差；

(3)设置阈值Tmin，若θ的方差低于阈值，认定目标为直管线，则对管线图像整体直线拟合；若θ的方差高于阈值，认定目标为弯曲管线，则对管线根据图像尺寸分段处理；

(4)若管线分段，分别计算分段内线段θ的方差，若θ的方差大于阈值Tmin，做2次方曲线拟合，若θ的方差小于阈值Tmin，做直线拟合。