用于水下避障导航的实时渔网自主识别装置及识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水下避障导航领域，尤其涉及一种用于水下避障导航的实时渔网自主 识别装置及识别方法。
【背景技术】
[0002] 近十几年来，我国的海洋捕捞业和养殖业得到了空前迅猛地发展，在增加外贸出 口，提高经济收入等方面发挥了积极的作用。但是随着海洋捕捞业和养殖业的发展，渔网缠 绕螺旋桨事件越来越多地发生，造成船舶停航修理、滑油泄露污染水域，甚至沉船危及生 命，给航运业带来了很大的直接或间接经济损失。比如2005年一艘4000万吨级的集装箱船， 螺旋桨被渔网缠住而失去动力，在多名潜水员先后下水轮流作业数小时后才得以恢复正 常，但是造成了尾轴油封损坏，发生润滑油泄露，给船东和养殖户带来了很大的经济损失。
[0003] 目前对于渔网仍缺乏有效的探测手段。渔网往往位于水面下数米甚至数十米，单 凭人眼难以察觉发现，发展并配备智能化的水下视觉装置显得非常必要。从当前国内外水 下探测技术来看，主要有声学成像和光学成像。声学成像是利用声波判断海洋中物体的存 在、位置及类型，具有视野宽、测距范围大等优点。但是和光学图像相比，水生图像的分辨率 低、噪声严重，图像质量不高，无法有效探测小目标。光学成像则是时直接获取目标的光学 图像，分辨率高，利于小目标的探测识别。根据渔网自身的特点：网线仅为几毫米，网目大小 为厘米量级，光学成像是适合渔网探测识别的技术手段。但是需要指出的是，光学成像虽然 具有高分辨率成像的特点，但是由于海水对照明光存在严重的后向散射，因此导致传统光 学成像手段距离近，无法满足较远距离小目标探测的应用需求。另外，由于对于渔网缺乏有 效的探测手段，因此针对渔网识别的研究也尚未见到相关报道。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明公开了一种用于水下避障导航的实时渔网自主识别装置及识别 方法，以实现在较远距离较为清晰的发现并实时识别渔网的目的。
[0005] 本发明提供一种用于水下避障导航的实时渔网自主识别装置，包括：
[0006] -脉冲激光器；
[0007] -时序控制器，其一输出端与脉冲激光器的输入端连接；
[0008] -选通成像器件，其一输人端与时序控制器另一输出端连接；
[0009] -渔网识别模块，其输入端与选通成像器件的输出端连接；
[0010] -显示器，其输入端与渔网识别模块的输出端连接，该显示器的输出端与时序控 制器的输入端连接。
[0011] 本发明还提供一种用于水下避障导航的实时渔网自主识别装置的识别方法，其是 采用前述的识别装置，该识别方法包括如下步骤：
[0012] 步骤1:利用脉冲激光器、时序控制器和选通成像器件获取高对比度低噪声的切片 图像；
[0013]步骤2:渔网识别模块对切片图像进行预处理；
[0014] 步骤3:渔网识别模块利用canny算子和hough变换提取渔网网线，获得渔网所在的 直线集合；
[0015] 步骤4:根据直线集合中直线的斜率，将直线集合中的直线均分为0~1、1~+%、-〇〇~-1和-1~0四个区间；
[0016] 步骤5:获取任意两个区间的直线数量之和与其余两个区间的直线数量之和的比 值D;
[0017] 步骤6:若存在比值D不小于预先设置的倍数阈值Dth，则判别为渔网;若不存在比值 D不小于预先设置的倍数阈值Dth，则判别为非渔网；将判别结果输出到显示器显示，返回至 步骤1。
[0018] 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益成果：
[0019] 1、利用本发明，由于采用距离选通技术获取目标的切片图像，大大的抑制了水体 的后向散射，提高了图像的对比度，和传统光学成像相比，识别距离提高了2到3倍，探测距 离提高了 5到6倍。
[0020] 2、利用本发明，不仅可以有效的自主发现并识别渔网目标，而且可以实时的发现 前方渔网目标，所以可以提前帮助船员改变航向或清理航道，从而有效的避免渔网缠绕带 来的经济损失。
【附图说明】
[0021] 为了为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并 参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
[0022] 图1是用于水下避障导航的渔网自主识别装置的示意图。
[0023] 图2是用于水下避障导航的渔网自主识别方法的流程图。
【具体实施方式】
[0024] 请参阅图1所示，本发明提供一种用于水下避障导航的实时渔网自主识别装置，包 括：
[0025] -脉冲激光器1，所述的脉冲激光器1采用波长为532nm、脉冲宽度为ns量级的固体 激光器；
[0026] -时序控制器2,其一输出端与脉冲激光器1的输入端连接，所述的时序控制器2基 于FPGA实现；
[0027] -选通成像器件3,其一输人端与时序控制器2另一输出端连接，所述的选通成像 器件3是由像增强器耦合C⑶或CMOS组成的；
[0028] -渔网识别模块4,其输入端与选通成像器件3的输出端连接，所述的渔网识别模 块4是基于C++语言和opencv图像处理库编程实现；
[0029] 一显示器5,其输入端与渔网识别模块4的输出端连接，该显示器5的输出端与时序 控制器2的输入端连接，所述的显示器5为即可接受用户设置并能显示识别结果的触屏显示 器。
[0030] 工作过程中，用户可以通过显示器5来进行参数设置和更改，具体参数包括激光脉 冲宽度、选通门宽，像增强器增益，激光脉冲和选通门脉冲重复频率以及倍数阈值Dth等;时 序控制器2按照用户设置的参数产生两路TTL同步信号;脉冲激光器1在时序控制器2产生的 第一路TTL同步信号的触发下发射激光脉冲，对目标进行照明，并形成后向传播的回波信 号;选通成像器件3在时序控制器2产生的第二路TTL同步信号的触发下控制选通门的开和 关，实现目标回波信号的采集，并将采集得到的二维切片图像传递给渔网识别模块4;渔网 识别模块4对二维切片图像进行预处理和识别，将识别结果（是否为渔网）以及预处理后的 二维图像输出到显示器5上进行显示；显示器5显示渔网识别的结果和预处理后的二维图 像，可帮助船员判别前方是否有渔网。
[0031]请参阅图2及图1所示，本发明提供一种用于水下避障导航的实时渔网自主识别装 置的识别方法，该识别方法采用前述的识别装置，包括如下步骤：
[0032] 步骤1:利用脉冲激光器1、时序控制器2和选通成像器件3获取高对比度低噪声的 切片图像，所述切片图像的获取方法包括：
[0033] 采用脉冲激光器1作为照明光源，以选通成像器件3作为探测器，以时序控制器2实 现照明光源和探测器之间的同步，其中，脉冲激光器1发射一激光脉冲，当激光传至目标时， 形成向后的目标回波信号，当该信号传播到选通成像器件3时，其选通门开启，接收信号，完 成图像的采集和生成。由于选通门仅在目标回波信号传至成像器件时才开启，因此，目标前 后的无关信息均不被接收，从而仅获取感兴趣区内的空间切片信息，因此可以大大的降低 水体的后向散射，并降低图像噪声。
[0034] 空间切片的起始位置η_=(τ-ω〇/2,结束位置rend=(T+tg)c/2,空间切片的厚 度d = (ti+tg) c/2，其中，τ为激光脉冲和选通门脉冲之间的延时，ti、tg分别为激光脉冲宽度 和选通门门宽，c为激光脉冲在水中的传播速度。
[0035] 步骤2:选通成像器件3将采集到的切片图像传递渔网自主识别模块4,渔网识别模 块4对切片图像进行预处理，具体包括:高斯低通滤波降噪和限制对比度自适应直方图均衡 化方法增强。
[0036] 所述的高斯低通滤波来降噪，主要是去除图像中特别亮的噪点，这一操作对后面 边缘提取的效果影响十分大。高斯低通滤波公式化的描述如下所述：
[0037]
[0038]
[0039] 其中，g(i，j)是滤波后图像中像素点（i，j)的灰度值，f(k，l)是原图像中像素点 (k，1)