用于水下设备状态分析的潜艇民用平台

摘要

本发明涉及一种用于水下设备状态分析的潜艇民用平台，包括潜艇固定平台、激光成像设备、图像去散射设备和设备状态检测器件，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述图像去散射设备和所述设备状态检测器件都位于所述潜艇固定平台上，所述图像去散射设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇前方的水下激光图像进行散射光消除，所述设备状态检测器件与所述图像去散射设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中的设备状态。通过本发明，能够拓宽潜艇的民用用途，对水下工作的各类设备进行智能化状态检测。

说明书

技术领域

本发明涉及潜艇民用领域，尤其涉及一种用于水下设备状态分析的潜艇民用平台。

背景技术

很多水下设备是连续的、需要具有漫长回程的检测设备进行检测，如果这时，仍采用传统的潜水员下潜，则需要耗费大量人力和物力，而且由于潜水员续航性不高，难于持续检测。同时，现有技术中也缺乏适合水下操作环境的水下设备检测机制，也缺乏相应的水下定位机制。

为此，本发明提出了一种用于水下设备状态分析的潜艇民用平台，能够利用现有潜艇行驶高速且能接触到水下任何位置的优势，在潜艇行驶过程中可持续地监测水下设备状况，同时不耽误潜艇的正常航行，从而避免潜水员人身受到伤害，提高分析设备的续航性。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于水下设备状态分析的潜艇民用平台，在潜艇前方设置潜艇固定平台，通过改进激光成像控制，去除水下成像中的散射光成份，引入高精度的图像识别和定位设备，并加入破损等级对照表以准确给出水下设备的破损等级。

根据本发明的一方面，提供了一种用于水下设备状态分析的潜艇民用平台，所述民用平台包括潜艇固定平台、激光成像设备、图像去散射设备和设备状态检测器件，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述图像去散射设备和所述设备状态检测器件都位于所述潜艇固定平台上，所述图像去散射设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇前方的水下激光图像进行散射光消除，所述设备状态检测器件与所述图像去散射设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中的设备状态。

更具体地，在所述用于水下设备状态分析的潜艇民用平台中，还包括：FLASH存储器件，预先存储了破损等级对照表，所述破损等级对照表保存了每一个破损等级所对应的破损区域所处曲线的周长、面积和形状参数；声纳设备，用于对潜艇前部的水下目标执行声纳图像采集，以获得声纳图像；声纳图像处理设备，与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括第一检测子设备、第二检测子设备和目标距离检测子设备，所述第一检测子设备与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于采用亮度阈值上限遍历声纳图像以分割出核心目标区域；所述第二检测子设备与所述第一检测子设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于以所述核心目标区域的边缘点作为种子点，利用亮度阈值下限对核心目标区域附近的像素点进行亮度判断，以获得并分割出最终目标区域；所述目标距离检测子设备与所述第二检测子设备连接，计算最终目标区域的中心点到声纳图像检测原点的距离并作为目标距离输出；所述激光成像设备，包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对潜艇前部的水下目标发出激光束，以在所述激光束被水下目标反射到所述探测器时，便于所述探测器的拍摄，所述微控制器与所述声纳图像处理设备、所述激光器和所述探测器分别连接，基于目标距离和激光在水下传播速度确定所述探测器快门的选通时间，并在选通时间到达时，选通所述探测器的快门，触发所述探测器对水下目标进行拍摄，以获得水下激光图像；超长波通信器件，位于潜艇操作仪表盘内，用于与远端的水上设备检验中心建立双向数据通信；定位器件，位于潜艇操作仪表盘内，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据；超声波检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于测量所述潜艇前部距离前方设备的距离，并作为设备相对距离输出；激光强度检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于实时检测所述激光束被水下设备反射到所述探测器时的激光强度；所述图像去散射设备与所述激光成像设备、所述超声波检测仪和所述激光强度检测仪分别连接，以获得所述设备相对距离和所述激光强度，并基于所述设备相对距离和所述激光强度去除所述水下激光图像中因为激光照射而在前方设备上形成的散射光成份，以获得去散射水下图像；所述设备状态检测器件包括阈值分析设备和破损区域特征提取设备；所述阈值分析设备与所述图像去散射设备连接，从0-255依次选择灰度值作为备选灰度值，使用备选灰度值将所述去散射水下图像分割为备选目标区域图像和备选背景区域图像；基于备选目标区域图像像素总数、备选目标区域图像像素灰度平均值、备选背景区域图像像素总数和备选背景区域图像像素灰度平均值计算灰度值类间方差值，具体计算为：备选目标区域图像像素灰度平均值减去备选背景区域图像像素灰度平均值，获得的差的平方值乘以备选目标区域图像像素总数和备选背景区域图像像素总数即为灰度值类间方差值；将最大灰度值类间方差值所对应的备选灰度值作为分割阈值输出；破损区域特征提取设备，与所述阈值分析设备、所述图像去散射设备和所述静态存储设备分别连接以获得所述分割阈值，包括背景分割子设备、破损区域连通子设备、特征识别子设备和破损等级识别子设备；所述背景分割子设备与所述阈值分析设备和所述图像去散射设备分别连接，使用分割阈值将所述去散射水下图像分割为最终目标区域图像和最终背景区域图像；所述破损区域连通子设备与所述背景分割子设备连接，用于基于最终目标区域图像中区域边界上相邻像素的连通性，确定将区域包围起来的封闭曲线；所述特征识别子设备与所述破损区域连通子设备连接，基于所述封闭曲线确定破损区域的周长、面积和形状参数，所述形状参数等于周长的平方除以面积的4π；所述破损等级识别子设备与所述阈值分析设备和所述静态存储设备分别连接，基于确定的周长、面积和形状参数在破损等级对照表中查找对应的破损等级以作为目标破损等级输出；数字信号处理器，设置在所述潜艇固定平台上，与所述定位器件、所述设备状态检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标破损等级时，将所述去散射水下图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩设备子图像，将所述压缩设备子图像、所述目标破损等级和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上设备检验中心。

更具体地，在所述用于水下设备状态分析的潜艇民用平台中：所述设备状态检测器件设置在所述潜艇固定平台上。

更具体地，在所述用于水下设备状态分析的潜艇民用平台中：所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备都设置在所述潜艇固定平台上。

更具体地，在所述用于水下设备状态分析的潜艇民用平台中：所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备被集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述用于水下设备状态分析的潜艇民用平台中：所述数字信号处理器在接收到所述目标破损等级大于等于预设等级阈值时，通过所述超长波通信器件向水上设备检验中心发送设备破损报警信号。

更具体地，在所述用于水下设备状态分析的潜艇民用平台中：所述预设等级阈值预先存储在所述FLASH存储器件中，所述数字信号处理器与所述FLASH存储器件连接。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的用于水下设备状态分析的潜艇民用平台的结构方框图。

附图标记：1潜艇固定平台；2激光成像设备；3图像去散射设备；4设备状态检测器件

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的用于水下设备状态分析的潜艇民用平台的实施方案进行详细说明。

对于分布范围较广，需要持续勘测的水下设备，如水下光缆，现有的潜水员人工勘测方式显然不能满足要求，需要一种机械化的可持续的勘测设备，能够适应水下环境，给出水下设备状态。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种用于水下设备状态分析的潜艇民用平台，借助潜艇能够深入水下任何位置且具有可持续航行的特点，在潜艇前端安装一系列适合水下环境的识别定位设备，从而对潜艇前端的水下设备进行大面积的、可持续的状态分析。

图1为根据本发明实施方案示出的用于水下设备状态分析的潜艇民用平台的结构方框图，所述民用平台包括潜艇固定平台、激光成像设备、图像去散射设备和设备状态检测器件，所述潜艇固定平台位于所述潜艇的前部，所述激光成像设备、所述图像去散射设备和所述设备状态检测器件都位于所述潜艇固定平台上，所述图像去散射设备用于对所述激光成像设备拍摄的、潜艇前方的水下激光图像进行散射光消除，所述设备状态检测器件与所述图像去散射设备连接，用于探测消除散射光后的水下图像中的设备状态。

接着，继续对本发明的用于水下设备状态分析的潜艇民用平台的具体结构进行进一步的说明。

所述民用平台还包括：FLASH存储器件，预先存储了破损等级对照表，所述破损等级对照表保存了每一个破损等级所对应的破损区域所处曲线的周长、面积和形状参数。

所述民用平台还包括：声纳设备，用于对潜艇前部的水下目标执行声纳图像采集，以获得声纳图像。

所述民用平台还包括：声纳图像处理设备，与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，包括第一检测子设备、第二检测子设备和目标距离检测子设备，所述第一检测子设备与所述声纳设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于采用亮度阈值上限遍历声纳图像以分割出核心目标区域；所述第二检测子设备与所述第一检测子设备和所述FLASH存储器件分别连接，用于以所述核心目标区域的边缘点作为种子点，利用亮度阈值下限对核心目标区域附近的像素点进行亮度判断，以获得并分割出最终目标区域；所述目标距离检测子设备与所述第二检测子设备连接，计算最终目标区域的中心点到声纳图像检测原点的距离并作为目标距离输出。

所述激光成像设备，包括激光器、探测器和微控制器，所述激光器对潜艇前部的水下目标发出激光束，以在所述激光束被水下目标反射到所述探测器时，便于所述探测器的拍摄，所述微控制器与所述声纳图像处理设备、所述激光器和所述探测器分别连接，基于目标距离和激光在水下传播速度确定所述探测器快门的选通时间，并在选通时间到达时，选通所述探测器的快门，触发所述探测器对水下目标进行拍摄，以获得水下激光图像；超长波通信器件，位于潜艇操作仪表盘内，用于与远端的水上设备检验中心建立双向数据通信。

所述民用平台还包括：定位器件，位于潜艇操作仪表盘内，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据。

所述民用平台还包括：超声波检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于测量所述潜艇前部距离前方设备的距离，并作为设备相对距离输出；激光强度检测仪，设置在所述潜艇固定平台上，用于实时检测所述激光束被水下设备反射到所述探测器时的激光强度。

所述图像去散射设备与所述激光成像设备、所述超声波检测仪和所述激光强度检测仪分别连接，以获得所述设备相对距离和所述激光强度，并基于所述设备相对距离和所述激光强度去除所述水下激光图像中因为激光照射而在前方设备上形成的散射光成份，以获得去散射水下图像。

所述设备状态检测器件包括阈值分析设备和破损区域特征提取设备；所述阈值分析设备与所述图像去散射设备连接，从0-255依次选择灰度值作为备选灰度值，使用备选灰度值将所述去散射水下图像分割为备选目标区域图像和备选背景区域图像；基于备选目标区域图像像素总数、备选目标区域图像像素灰度平均值、备选背景区域图像像素总数和备选背景区域图像像素灰度平均值计算灰度值类间方差值，具体计算为：备选目标区域图像像素灰度平均值减去备选背景区域图像像素灰度平均值，获得的差的平方值乘以备选目标区域图像像素总数和备选背景区域图像像素总数即为灰度值类间方差值；将最大灰度值类间方差值所对应的备选灰度值作为分割阈值输出。

所述民用平台还包括：破损区域特征提取设备，与所述阈值分析设备、所述图像去散射设备和所述静态存储设备分别连接以获得所述分割阈值，包括背景分割子设备、破损区域连通子设备、特征识别子设备和破损等级识别子设备；所述背景分割子设备与所述阈值分析设备和所述图像去散射设备分别连接，使用分割阈值将所述去散射水下图像分割为最终目标区域图像和最终背景区域图像；所述破损区域连通子设备与所述背景分割子设备连接，用于基于最终目标区域图像中区域边界上相邻像素的连通性，确定将区域包围起来的封闭曲线；所述特征识别子设备与所述破损区域连通子设备连接，基于所述封闭曲线确定破损区域的周长、面积和形状参数，所述形状参数等于周长的平方除以面积的4π；所述破损等级识别子设备与所述阈值分析设备和所述静态存储设备分别连接，基于确定的周长、面积和形状参数在破损等级对照表中查找对应的破损等级以作为目标破损等级输出。

所述民用平台还包括：数字信号处理器，设置在所述潜艇固定平台上，与所述定位器件、所述设备状态检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标破损等级时，将所述去散射水下图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩设备子图像，将所述压缩设备子图像、所述目标破损等级和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上设备检验中心。

可选地，在所述用于水下设备状态分析的潜艇民用平台中：所述设备状态检测器件设置在所述潜艇固定平台上；所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备都设置在所述潜艇固定平台上；所述声纳设备、所述声纳图像处理设备和所述激光成像设备被集成在一块集成电路板上；所述数字信号处理器在接收到所述目标破损等级大于等于预设等级阈值时，通过所述超长波通信器件向水上设备检验中心发送设备破损报警信号；所述预设等级阈值预先存储在所述FLASH存储器件中，所述数字信号处理器与所述FLASH存储器件连接。

采用本发明的用于水下设备状态分析的潜艇民用平台，针对现有技术中无法对水下设备进行宽区域检测的技术问题，通过改造潜艇前端，增加一系列有针对性的图像识别和定位设备，以给出水下设备缺陷等级和水下设备具体位置，使得水下设备宽区域状态检测成为可能。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。