[发明专利]基于水下机器人的双通道高光谱检测系统

说明书

本发明专利公开了一种基于水下机器人的双通道高光谱检测系统，本专利核心系统包括成像硬件系统、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形数据，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。

技术领域

本发明专利属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于水下机器人的双通道高光谱检测系统。

背景技术

在海洋检测领域，光学检测与超声检测占据了重要的地位，但各有优劣。超声检测具有较大的检测范围，但信息量相对较少。光学检测可获取更精细、更丰富的检测信息，但其传播距离较小，极限距离为百米量级。在需要高信噪比的情况下，光学探测距离将大打折扣。因此，海洋还有大量的信息未能被准确获取。

根据当前各类研究方法的不足，本发明提出了一种基于水下机器人的双通道高光谱检测系统。通过构建小型化的双通道高光谱检测系统，并将其搭载在水下机器人上。通过水下机器人的运动，实现较大范围的光学检测。同时，通过双通道检测方法，结合数字图像处理，可实现高稳定的信号获取。

发明内容

本发明专利的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于水下机器人的双通道高光谱检测系统，该方法将结合高光谱相机、视频相机以及图像去抖算法，实现高稳定大范围的水下光谱信号探测。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明专利包括成像硬件系统、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形数据，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。

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。

所述成像光谱仪，是一种衍射分光的光学器件，由光谱镜头、狭缝、胶合透镜、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光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。

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。

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)，上述两点分别对应于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。