[发明专利]基于水下机器人的双通道高光谱检测系统

权利要求书

1.基于水下机器人的双通道高光谱检测系统，其核心系统特征在于包括成像硬件系统、水下机器人以及图像去抖算法三部分，成像硬件系统的传感模块由一个双目相机组成，在其中一个相机的前端安装成像光谱仪，定义为光谱相机，另一个未安装成像光谱仪的相机定义为视频相机，在探测过程中，上述两个相机同时输出图像数据，分别定义为光谱图像信号与数字图像信号，成像硬件系统搭载在水下机器人上，水下机器人搭载高亮度光源，提供水下照明，随着水下机器人的运动，抵近水下探测对象，实施近距离的水下光学信号探测，并通过数字图像算法后，实现图像去抖，获取大范围高稳定、高信噪比的高光谱图像数据；

其中，所述高光谱图像数据，是指包含了二维空间图像信息以及光谱信息的三维图像数据，定义为Scube，相应的高光谱图像数据的维度为P×L×Spec，在水下机器人的运动扫描过程中，双目相机同步获取光谱图像信号与数字图像信号，将t1时刻定义为扫描的起始时间，在t1时刻，定义光谱图像信号为ImgS(t1)，定义数字图像信号为ImgD(t1)，在扫描过程中的其他时刻，定义为t2时刻，定义光谱图像信号为ImgS(t2)，定义数字图像信号为ImgD(t2)，光谱图像信号与数字图像信号的数字结构均为二维矩阵，其维度是M×N，其中LN，将t1时刻的数字图像信号的中间一行数据ImgD(t1)[M/2，1:N]插值到Scube中的第一行Scube(1，r:r+N-1，1)，其中r是一个自然数并且r+N-1L，将t1时刻的光谱图像信号ImgS(t1)插值到Scube中，插值方式定义为Scube(1，r:r+N-1，ss)＝imgS(t1)[ss，1:N]，其中ss是一个取值范围1到M的整数，代表光谱图像信号imgS(t1)的第ss行，对于t2时刻的数据，通过图像去抖，获取抖动数值(dx2，dy2)，将t2时刻的数字图像信号的中间一行数据ImgD(t2)[M/2，1:N]插值到Scube中的第1+dx2行Scube(1+dx2，r+dy2:r+N+dy2-1，1)，其中r+N+dy2-1L，将t2时刻的光谱图像信号ImgS(t2)插值到Scube中，插值方式定义为Scube(1+dx2，r+dy2:r+N+dy2-1，ss)＝imgS(t2)[ss，1:N]，其中ss是一个取值范围1到M的整数，代表光谱图像信号imgS(t2)的第ss行。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双目相机，包含两个镜头，两个感光芯片，两个感光芯片位于同一个平面，两个镜头的光轴各自垂直对准两个感光芯片的中心，相互间距为A毫米，A是大于零的实数，两个感光芯片的中心线相互平行，距离也是A毫米，在其中一个镜头前端安装成像光谱仪。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述成像光谱仪，是一种衍射分光的光学器件，包括光谱镜头、狭缝、胶合透镜和光栅，光谱镜头用于采集空间光学信号，并聚焦于狭缝位置，通过狭缝的光线，经过胶合透镜后入射到光栅处，光栅实现衍射分光后，光线进一步到达光谱相机的镜头处，通过光谱相机的镜头后，相应的感光芯片将该空间光学信号转换为光谱图像信号，光谱相机旁的视频相机分别由镜头和感光芯片组成，获取数字图像信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述狭缝，是在一个金属片上的长方形开口，其长轴方向的长度远大于短轴方向的长度，其长轴方向与两个相机的中点连线平行。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像去抖，是针对水下光学检测过程中由于海洋环境影像造成的抖动的消除，其具体方法是针对视频相机的数字图像信号，将该信号定义为Img1(t)，其中t表示信号采集的时间，在一个特定的时刻，采集的数字图像信号的数字结构为二维矩阵，在高光谱扫描过程中，视频相机获取的数字图像信号会发生抖动，选择相邻时刻的两副图像Img1(t1)和Img1(t2)，对这两幅图像使用特征点提取算法，获取相应的特征点对，特征点对的位置坐标定义为(x1，y1)和(x2，y2)，上述两个坐标位置分别对应于Img1(t1)和Img1(t2)中的同一个特征点的位置坐标，特征点对的差值对应于图像的抖动幅度，特征点对的差值定义为抖动数值(dx，dy)，其中dx＝x1-x2，dy＝y1-y2。