[发明专利]一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法

说明书

本发明公开一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法，属于水下管道检测领域。本发明包括：采集海底管道图像；对图像进行预处理；管道方向检测；管道中心线检测；管道位置检测。与现有的技术相比，本发明采用管道方向检测，管道中心检测和管道位置检测算法，并通过随机采样一致和一致性检测剔除异常值，保证AUV在进行管道检测时，根据准确的管道方向和位置进行自主航行。

技术领域

本发明属于水下管道检测领域，具体涉及一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法。

背景技术

水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)在探索海洋、开发海洋方面发挥着不可替代的作用。由于海底环境的影响，海底管道需要定期检查和维修。目前管道检测主要有遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle，ROV)检测和人工检测两种方法。ROV一般配有侧扫声呐并通过水面船搭载的上位机进行遥控检测，优点是可以准确获得管道的安全状态和受损位置，然而ROV并不能到达较深的海底进行管道检测，并且昂贵的声呐设备使得检测的成本较高；人工检测同样只适用于较浅的海底，并且效率不如ROV检测。AUV由于其机动灵活、使用范围广和智能化等优点，搭载低成本的视觉传感器可以获得清晰的图像信息，成为海底管道检测的新工具。因此，使用AUV进行海底管道检测既可以提高检测效率，同时降低检测成本，并且适用于更大范围的海底环境。然而，如何对在水下长时间工作的AUV进行导航，从而保证AUV能完成海底管道检测任务，是制约AUV在管道检测领域应用的主要因素。

本发明涉及一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法，该方法可以为管道检测的AUV提供管道的方向和位置，从而保证AUV的导航。

目前AUV水下管道检测的研究主要集中在在载体本身的设计研究，对基于视觉的管道检测跟踪方法并没有。

公开日为2018年12月18号，公开号为CN109035224A，发明名称为“海底管道检测最新技术及发展方向”的专利申请，该方法根据多波束测深声呐探测管道得到的水下声呐图像采用阈值法对图像像素点进行分类和提取，得到三维点云数据；然后采用基于密度分析的点云去噪滤波方法，得到滤波去噪后的管道的三维点云数据；然后采用线性拟合方法对管道每个截面的点云数据进行圆拟合，将得到拟合圆的半径以及线性变化的圆心点进行三维重建，得到所述管道的三维图。该方法是一种基于声学的管道检测方法，并且不能实时进行，因此不能达到为AUV导航的目的。

发明内容

本发明涉及一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法，该方法可以为管道检测的AUV提供管道的方向和位置，从而保证AUV的导航。

本发明的目的在于提供一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法，该方法通过双目相机采集得到图像信息，利用累计概率霍夫变换检测出水下图像中的所有直线，通过随机采样一致得到管道方向，采用K均值聚类算法将测到的所有直线分为管道两侧对应的左右两类，并剔除异常值，得到管道中心线，最后利用块匹配算法得到左右相机的管道中心点，并计算管道与AUV的位置，从而输出管道的方向和位置信息。该方法主要包括管道方向检测，管道中心检测和管道位置检测三个方面。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于视觉的AUV水下管道检测跟踪方法，包括AUV机器人和安装在其下方的双目相机，包含以下步骤：

步骤1：当AUV在海底进行管道检测时，利用安装在AUV下方的双目相机采集海底管道图像，进入步骤2；

步骤2：对采集到的双目图像，选择一张图像进行预处理；首先将彩色图像去畸变，灰度化和滤波去噪；进而对简单处理后的图像进行边缘检测，得到二值化边缘的图像，进入步骤3；

步骤3：管道方向检测，包括：直线提取和管道方向计算；利用累计概率霍夫变换，找出图像中所有大于阈值长度的直线；通过随机采样一致算法，对提取到的直线集合计算一致性最好的方向，并作为管道方向，进入步骤4；