[发明专利]一种水下机器人的水下图像处理系统

权利要求书

1.一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征是：包括设置于水面下的水下图像采集单元、水下图像实时处理单元、通讯传输及显示单元和数据存储单元；

所述水下图像采集单元用于采集水下图像信息并将采集的图像信息传输至水下图像实时处理单元；所述水下图像实时处理单元对水下图像采集单元采集的水下图像信息进行实时处理与优化，并将处理与优化后的图像信息传递至数据存储单元进行存储；所述通讯传输及显示单元用于对存储至数据存储单元内的数据信息进行传输及显示；

所述水下图像采集单元包括图像采集主体、用于驱动图像采集主体旋转的稳定驱动支架、安装于图像采集主体上的超高清浑水透摄像头(5)和安装于图像采集主体上的补光装置；

所述水下图像实时处理单元包括图像处理单元和信息反馈控制单元，所述图像处理单元用于对采集的图像进行优化处理，所述信息反馈控制单元用于对稳定驱动支架、超高清浑水透摄像头(5)和补光装置进行信息反馈及控制。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征是：所述稳定驱动支架包括驱动转轴一(1)、驱动转轴二(2)、驱动转轴三(3)和安装固定支架(4)；所述驱动转轴一(1)与驱动转轴二(2)之间设有曲状连接杆一(8)，所述曲状连接杆一(8)的一端与驱动转轴一(1)旋转活动连接，所述曲状连接杆一(8)的另一端与驱动转轴二(2)固定连接；所述驱动转轴二(2)与驱动转轴三(3)之间设有曲状连接杆二(9)，所述曲状连接杆二(9)的一端与曲状转轴二活动连接，所述曲状连接杆二(9)的另一端与驱动转轴三(3)旋转活动连接；所述安装固定支架(4)固定连接于驱动转轴二(2)与驱动转轴三(3)之间；所述驱动转轴一(1)、驱动转轴二(2)和驱动转轴三(3)均匀旋转电机(10)和旋转轴(11)构成。

3.根据权利要求2所述的一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征是：所述图像采集主体安装于安装固定支架(4)上，所述图像采集主体为透明防冲击罩(6)；所述超高清浑水透摄像头(5)为多个，且多个超高清浑水透摄像头(5)均匀分布于透明防冲击罩(6)的内侧壁。

4.根据权利要求3所述的一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征是：所述补光装置为多个LED灯组(7)，且多个LED灯组(7)分布均匀分布于透明防冲击罩(6)的内侧壁。

5.根据权利要求1所述的一种水下机器人的水下图像处理系统，其特征是：所述图像处理单元对采集的图像进行优化处理的方法为：

S1、构建成像模型，所述成像模型为：Itotal(a，b)＝A(a，b)+F(a，b)；

其中，Itotal(a，b)为采集到的水下原始图像，A(a，b)为物体表面反射的光经过水体衰减和经过前向散射作用后到达探测系统的光强；F(a，b)为由水下粒子后向散射产生的水下背景光强；

A(a，b)的表达式为：A(a，b)＝L(a，b)e-β(a，b)ρ(a，b)；其中，L(a，b)为水下目标有效幅值信息；

水下传输率为：t(a，b)＝e-β(a，b)ρ(a，b)

其中，β(a，b)表示水体对光的吸收和散射的总衰减系数；ρ(a，b)是光源与成像系统之间的相对距离；

F(a，b)的表达式为：F(a，b)＝F∞(1-t(a，b))

其中，F∞为水下无穷远处的背景光强，t(a，b)为光在水下的传输率；通过Itotal(a，b)的表达式求出成像系统的光强表达式为：

Itotal(a，b)＝L(a，b)t(a，b)+F∞(1-t(a，b))

联立上述公式，得水下传输率的表达式：

则图像的光强表达式为：

S2、估算无穷远处背景光；在暗原色先验的基础上，采用亮原色原理的方法估计无穷远处的背景光强值，亮原色的表达式为：

Lbright＝max_c∈{r，g，b}(max_z∈Ω(a，b)(L^c(z)))；

其中，L^c为输入图像的一个颜色通道，Ω(a，b)指以(a，b)为中心的图像区域；亮通道图像时输入图像经过两次最大值计算得到的；此时，获取到的图像的模型表示为：Itotal(a，b)＝L(a，b)t(a，b)+F∞(1-t(a，b))＝F∞ρt(a，b)+F∞(1-t(a，b))；

其中，ρ为物体表面反射率，在亮通道中为常数1，亮原色的表达式可表述为：Lbright＝F∞；

S3、对每个像素位置均对红色通道的衰减进行补偿，达到白平衡的效果。