[发明专利]一种声纳图像管线检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种声纳图像管线检测系统及方法。所述声纳图像管线检测系统包括水上计算机和自主式水下机器人。自主式水下机器人搭载系统包括：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。所述声纳图像管线检测方法流程包括：高斯滤波、恒虚警率算法、形态学处理、去除虚警噪声、Hough变换、曲线拟合。本发明可根据声纳图像背景噪声调整阈值，使虚警概率保持不变，具有较高的鲁棒性。此外，发明可根据Hough变换检测出线段的方向信息，自主调整拟合方法，同时适用于直行与弯曲管线，并计算出管线的位置和走向，可用于水下导航。

技术领域

本发明涉及一种声纳图像管线检测系统及方法，属于检测技术领域。

背景技术

自1945年人类在墨西哥湾下埋设了第一条海底管道后，海底管线成了能源运输和信息通信的重要通道。据相关资料显示，我国在海底埋设了数千公里的管线以满足输油输气和通信的需求。海底管线长时间浸泡于腐蚀性强的海水中，且受海底地壳运动的影响，极易发生破损断裂。世界上已发生多起海底管线事故，造成巨大的经济损失和环境污染，定期检测和维护管线成为一项重要的任务。

管线检测常用的传感器有光学摄像机和声学声纳。光学摄像机受海水浑浊度影响较大，且需要配备高亮光源，同时不容易获取距离信息。声纳探测距离远，不受海水浑浊度影响，且能实时获取距离信息。但是声速受海水影响，在计算距离时采用理论声速会造成误差。

唐旭东研究了单目视觉的水下管线检测与跟踪技术，但光学成像受海水浑浊度影响，探测距离有限。Fernandes研究了自主式水下机器人管线检测技术，需要根据公司数据库识别管道及其位置，不能在未知管线位置的前提下检测管线。刘立昕将光学成像和声纳成像相结合，采用改进的Hough变换，提高了检测的准确性和实时性，但受水质影响的情况仍然存在。

现有的滤波算法和阈值检测可以在一定程度上提高管线检测的准确性。但是，在滤除噪声的同时很可能破坏管线结构。声纳图像管线边缘模糊粗糙，而且存在管线弯曲的情况，常规的直线检测算法很难直接解决管线的定位问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中声纳定位有误差、低信噪比下不能检测管线、不能检测弯曲管线等问题，实现自主式水下机器人检测声纳图像管线位置和走向信息，提供一种声纳图像管线检测系统及方法。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种声纳图像管线检测系统，包括水面上的计算机3和水面下的自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)1；所述自主式水下机器人1是可位移的潜艇式水下机器人。所述计算机3与自主式水下机器人1通过无线通信互相通信；

所述自主式水下机器人1搭载：侧扫声纳2、PC104控制板4、惯性导航系统5、全球定位系统6、声速仪7、STM32控制板8、直流舵机9、直流电机10、直流电源11；所述侧扫声纳2与PC104控制板4相连，侧扫声纳2获取海底声纳图像并将声纳图像传至PC104控制板4；所述全球定位系统6与PC104控制板4相连，将自主式水下机器人1位置信息传至PC104控制板4；所述惯性导航系统5与PC104控制板4相连，将自主式水下机器人1的位姿和导航信息传至PC104控制板4；所述声速仪7与PC104控制板4相连，将声速信息传至PC104控制板4；所述PC104控制板4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1的位姿和导航信息、声速传输给水面上的计算机3；所述STM32控制板8与PC104控制板4相连，根据计算机3反馈信息控制自主式水下机器人1运行；所述直流电源11与PC104控制板4和STM32控制板8相连，为自主式水下机器人1搭载仪器供电；所述直流舵机9与STM32控制板8相连，控制自主式水下机器人1设备运行方向；所述直流电机10与STM32控制板8相连，驱动螺旋桨。

一种声纳图像管线检测方法，包括如下步骤：