基于分形特征的水下图像模糊分类

因水下信道的特殊性以及成像环境的复杂性,使得水下图像中的不确定因素给图像分割及识别带来严重的影响,这里提出一种基于分形特征的水下图像模糊模式识别方法,实现了水下目标的可靠分类.实验表明此方法对水下岩石、烟囱等非结构化特性的目标的分类识别具有好的效果.     

基于水平集和支持向量机的图像声呐目标识别

为了能实现水下遇险目标的精确定位,首先要对声呐所获取的图像进行目标识别。利用水平集法获得水下声呐图像中目标轮廓后,提取目标轮廓的7个不变矩作为特征矢量,并将获取的不变矩特征输入到已经训练好的支持向量机中进行识别,从而得到识别结果。所使用的识别方法综合了基于水平集提取轮廓的长处,不变矩的位移、尺度、旋转不变性的特点和支持向量机在小样本、非线性模式识别中的独特优势。实验结果表明:该方法对高分辨率图像声呐具有较高的识别率和较低的误判率,对原始声呐图像的目标识别率高达99%,对加入方差为0.09的高斯噪声的声呐图像的目标识别率可以达到97%。     

基于形变卷积和深层聚合网络的水下文物检测

搭载有视觉检测系统的自主水下航行器(AUV)具有水下文物探测功能,对深海考古有着重要意义。 水下文物所处环境复 杂多变,目标存在破损、堆叠和泥沙掩埋等情况,导致判别特征提取困难,使得 AUV 视觉检测系统无法可靠、准确地实现水下文物 的检测。 针对上述问题,提出一种基于可形变深层聚合网络模型的水下文物检测算法。 为了充分提取复杂环境下水下文物目标 特征信息,设计了具有可形变卷积层的多尺度深层聚合网络。 在此基础上,引入 SimAM 注意力模型进行特征优化,来增强文物目 标潜在特征信息并削弱背景干扰。 最后,通过不同尺度的特征融合实现水下文物检测。 在采集的水下文物数据集上进行大量验 证和分析,算法的精确率、召回率和平均精度均值(mAP)分别达到了 92. 7% 、90. 5% 和 92. 2% 。 此外,算法已部署到 AUV 系统中。 在实际深海测试场景中,视觉检测系统的文物检测帧率达到 19 fps,可满足实时检测的任务需求。     

警用水下机器人本体的设计

介绍了一种在水下进行刑事证物的探测识别、涉案水下现场搜索调查和水下证物打捞作业的警用水下机器人本体。机器人用两个主推进器和两个辅推进器实现其前后、浮潜和左右转弯运动,带有与控制相关的传感器和计算机以及水下探测设备,可实现水下机器人的自主定深航行,并具有对水下目标的光学探测和声纳探测能力。试验验证,该机器人能高效地完成作业使命任务,对水下机器人的设计有一定的借鉴参考价值。     

基于视觉识别与毫米波雷达的桥梁防撞预警方法

针对桥梁防撞监测过程中船舶识别速度较慢、效率较低等问题,提出一种基于视觉识别和毫米波雷达的桥梁防撞预警方法.建立基于YOLO算法的船舶目标识别模型,通过对船舶数据集目标框的重新聚类分析,优化YOLO算法模型参数.利用多尺度训练方法,增强船舶目标识别模型对不同尺度船舶的适应性和识别精度.通过毫米波雷达来获取船舶的轨迹信息,以实现船舶安全距离的准确判断.试验结果表明,采用基于视觉识别与毫米波雷达的桥梁防撞预警方法,船舶识别准确率为97.30％,单幅图像识别时间约为32 ms,预警成功率为93.33％,可以有效实现桥梁的防撞监测和预警.     

基于局部特征提取的目标自动识别

提出一种基于局部特征提取的目标识别方法,用于自动识别不同尺度,视角和照度条件下的目标.首先,建立图像的尺度空间;结合海森矩阵和Harris算法提取局部特征点,计算该特征区域的方向和灰度梯度及方向;统计出每块子区域的标准灰度梯度直方图,得到128维的特征向量.然后,基于主成分分析的降维算法来降低特征向量的维数,加快识别的计算速度.最后,采用特征空间分类器增加目标识别的速度.实验结果表明:基于局部特征提取的目标识别达到了较高的识别率,在视角、尺度和照度变化下的识别率分别为61.9％,80.5％和84.4％,平均识别时间为130.9 ms.与尺度不变特征变换(SIFT)和加速鲁棒特征(SURF)算法相比,本算法不仅在不同的视角,目标尺度及照度条件下具有较高识别率,而且识别速度比SIFT方法高.     

基于YOLOv7的水下泄漏检测机器人研究

针对当前海底输油管道自主巡管检测和检测漏油点等问题，提出了一种基于深度学习的水下泄漏检测机器人，旨在实现海底输油管道的自主巡检和漏油点的检测。采用SolidWorks对机器人进行了三维设计，对动力系统进行了分析，采用Jeston Nano和STM32单片机进行控制，通过YOLOv7算法实现了泄漏目标检测，对其实现的路径进行详细分析。试验研究结果表明：YOLOv7算法可以实现对表面光滑和表面粗糙的水下管道的检测，模型能够非常好地识别并标记出裂缝结构。该研究为海洋环境保护和能源安全提供了一种可靠的解决方案。     

全局参数估计的水下目标偏振复原方法

水体介质对光的吸收和散射是导致水下成像退化的两大主要影响因素。针对水下目标成像,本文提出了一种全局参数估计的水下目标偏振复原方法,利用构建的精简水下目标偏振重构模型,通过自动估计全局最优偏振信息重构参数,复原出水下目标图像,降低水体对图像质量的影响。在估计重构参数的过程中,首先,采用偏振中值滤波方法和基于亮原色原理的方法,分别估算水下背景光偏振度信息和无穷远处水下背景光强值;再利用基于最小互信息原则对估计的背景光偏振度信息进行优化;然后采用水下目标偏振图像增强算法将得到的水下目标重构图进行细节增强处理,最终获得复原后的水下目标辐射信息图。实验结果表明,在性能评价指标方面,相较于水下原图和其他水下复原方法处理图,利用本文方法处理后所得的图像增强测量值EME平均提高了120%,图像质量得到了明显的改善。该方法解决了人工取景估计参数不佳的问题,提高了复原目标图像的对比度,可以用于浑浊水下的目标探测与识别。     

仿射不变的运动目标识别方法

提出了一种在三维空间内对运动目标识别的方法,该方法对目标平移、旋转、尺度及视角变化具有良好的不变性。将目标轮廓曲线用仿射不变量参数化,待识别目标的参数化轮廓线正交投影后,可使其与库存同一型号的目标轮廓线保持较强的相关性。最后,用归一化相关函数作为识别准则进行了实验。实验结果表明,对于空间姿态变化前后的目标,它们的相关结果＞95％,该方法能够以较高的识别率识别出图像序列中各种变化的同一目标。     

一种微小型水下机器人本体结构的设计

介绍了一种在浅水区域进行探测识别、搜索打捞作业的微小型水下机器人,其总体方案及总体布置突出了该水下机器入其有阻力小、灵活机动的特点.头部组件及推进器采用了模块化设计,结构简单、方便维修、安全性高.对耐压壳体强度及稳定性进行了计算校核.用两个主推动器和两个辅推动器实现水下机器人的前后、浮潜和左右转弯运动,并对水下机器人的密封及腐蚀进行了简述.对水下机器人本体结构设计极具实用价值.     

Design and Mechanical Performance Analysis of a New Wheel Propeller

Nowadays,how to enhance the maneuverability of autonomous underwater vehicles(AUVs) is an important issue in the domain of international navigation in that most AUVs just have a single function of underwater navigation or submarine movement,while the design of thrusters is the key of solving the problem.The multi-moving state autonomous underwater vehicle in this paper can achieve four functions,such as wheels,legs,thrust,and course control depend on the characteristics of spatial deflexion and continual circumgyratetion of the flexible transmission shaft.A new wheel propeller for the multi-moving state autonomous underwater vehicle is presented through analyzing the mechanical characteristics of the ducted propeller and the contracted and loaded tip(CLT) propeller.Then the computational fluid dynamics(CFD) method is used to simulate numerically different propellers open-water performance by using the Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) equations and Reynolds stress model(RSM) based on sub-domains hybrid meshes.The predicted thrust coefficients,torque coefficients and pressure of the propellers agree well with the experimental data of their open-water performance.The good consistency shows that the numerical method has good accuracy in the prediction of propeller open-water performance,which guides to design the wheel propeller.Moreover,for the sake of ensuring the security and stability of the AUV when it is moving on the ground,finite element method is used to simulate numerically the intensity and vibration characteristics.The proposed final wheel propeller D4-70(WPD4-70) has preferable open-water performance and intensity characteristics,which can realize the agile maneuverability of the multi-moving state autonomous underwater vehicle.     

Turbidity-adaptive underwater image enhancement method using image fusion

Clear, correct imaging is a prerequisite for underwater operations. In real freshwater environment including rivers and lakes, the water bodies are usually turbid and dynamic, which brings extra troubles to quality of imaging due to color deviation and suspended particulate. Most of the existing underwater imaging methods focus on relatively clear underwater environment, it is uncertain that if those methods can work well in turbid and dynamic underwater environments. In this paper, we propose a turbidity-adaptive underwater image enhancement method. To deal with attenuation and scattering of varying degree, the turbidity is detected by the histogram of images. Based on the detection result, different image enhancement strategies are designed to deal with the problem of color deviation and blurring. The proposed method is verified by an underwater image dataset captured in real underwater environment. The result is evaluated by image metrics including structure similarity index measure, underwater color image quality evaluation metric, and speeded-up robust features. Test results exhibit that the method can correct the color deviation and improve the quality of underwater images.     

Model Based Adaptive Control and Disturbance Compensation for Underwater Vehicles

Underwater vehicles are being emphasized as highly integrated and intelligent devices for a significant number of oceanic operations. However, their precise operation is usually hindered by disturbances from a tether or manipulator because their propellers are unable to realize a stable suspension. A dynamic multi-body model-based adaptive controller was designed to allow the controller of the vehicle to observe and compensate for disturbances from a tether or manipulator. Disturbances, including those from a tether or manipulator, are deduced for the observation of the controller. An analysis of a tether disturbance covers the conditions of the surface, the underwater area, and the vehicle end point. Interactions between the vehicle and manipulator are mainly composed of coupling forces and restoring moments.To verify the robustness of the controller, path-following experiments on a streamlined autonomous underwater vehicle experiencing various disturbances were conducted in Song Hua Lake in China. Furthermore,path-following experiments for a tethered open frame remote operated vehicle were verified for accurate cruising with a controller and an observer, and vehicle and manipulator coordinate motion control during the simulation and experiments verified the effectiveness of the controller and observer for underwater operation. This study provides instructions for the control of an underwater vehicle experiencing disturbances from a tether or manipulator.     

基于梯度先验的水下图像恢复

由于水体对光线的吸收和散射作用,水下图像呈现出强衰减、高噪声和色彩畸变等问题,难以满足视觉观察和图像分析的需求。针对这一问题,提出了一种基于梯度先验的水下图像恢复方法,用以提高水下图像质量。首先,根据水下成像特性,建立水下图像梯度先验,水下图像中目标反射信息(水下清晰图层)的梯度大于散射噪声信息(水下噪声图层);其次,根据水下成像模型,对上述梯度先验进行表征建模;最后,建立水下图像的梯度分布优化函数,采用半二次优化方法分离出目标反信息,作为水下图像恢复结果。以UEIB和RUIE数据集为实验样本,与近年来所提出的5种水下图像处理方法进行比较,方法在定性和定量两类评价中均获得了出色的处理结果,峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)和水下图像质量评价指标(UIQM)评价指标分别达到20.066 5、0.696 1和3.902 9,均优于对比方法。因此,该方法能够有效地抑制水下图像噪声,提高水下图像的信噪比、清晰度和对比度。     

水下滑翔机低功耗控制系统实现

水下滑翔机是一种低噪声、长续航力的新型水下机器人,是一种有效的海洋环境测量平台。以水下滑翔机为研究对象,分析了水下滑翔机作业过程中的能耗组成,重点研究了水下滑翔机嵌入式控制系统。详细介绍了适用于水下滑翔机的低功耗控制系统的软硬件设计与实现。通过实验对水下滑翔机低功耗控制系统的有效性和稳定性进行了测试。     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展，如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化，导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响，精度降低。针对上述问题，设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法，能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引人折射补偿的水下相机成像模型，该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路，基于水下激光平面方程的约束，对水下点云进行折射校正，提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明，提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息，可测量水下目标的尺寸信息，距离目标30~80cm 时测量精度达到0.2mm，满足了水下目标三维高精度测量要求，     

基于原子干涉技术的水下重力辅助导航研究展望

重力辅助惯性导航是当前水下潜航器导航定位研究的热点和前沿问题,有望成为下一代水下高精度导航系统发展的重要方向。首先,介绍了水下重力信息对于校正惯导系统误差的重要性,阐述了水下重力辅助惯性导航的基本原理与技术内涵;然后,从无图匹配、有图匹配等不同发展阶段,总结了基于传统相对重力仪的水下重力辅助导航的研究现状及发展趋势;进一步分析了下一代水下自主导航系统对高精度绝对重力测量技术的需求,梳理并讨论了基于原子干涉重力测量技术的最新发展及应用状况,展望了原子干涉重力测量技术在水下惯性导航领域的应用前景并总结了仍需解决的关键技术;最后,给出了我国重力辅助导航研究存在的不足及发展建议。     

一种水下机器人的水面平台控制系统设计

针对水下机器人进行水下检测时的实时控制和监控问题,对水下机器人的推进器结构、运动方式、通讯方式、机体状态显示方式、运动控制方法等方面进行了研究,对水下机器人实现高效水下检测所需的各功能需求进行了归纳,提出了一种基于Lab VIEW的ROV水下机器人的水面平台控制系统,利用实验水池对水下机器人的人机交互界面和摄像头拍摄图像进行了测试。研究结果表明,该系统能实时监测水下机器人的各项性能数据,能够实现通讯连接、机体状态显示、运动控制等多项功能,实时控制响应迅速,实时监控效果好。     

水下清刷机械手的总体设计及方案分析

目前急需研制船舶表面水下自动清刷机器人,国内外对螺旋桨水下自动清刷机器人的研究还很少,水下清刷机械手的设计分析具有重要价值。针对要完成螺旋桨桨叶复杂曲面水下自动清刷作业的机械手,进行了方案设计,水下清刷机械手作为水下机器人的拓展模块,由2只具有对称结构的抓取机械手和1只清刷机械手组成,介绍了机械手的技术参数、总体系统、原理、功能和工作空间。该方案合理解决了高效、完整地对目标4叶螺旋桨进行清刷作业的关键问题。     

水下位移测量传感器的设计

这里介绍用于水下位移测量的磁力矩偶合旋转编码器的设计。在该旋转编码器的结构设计中将其转轴分隔为从动轴和主动轴,采用磁力矩耦合的原理,使旋转编码器内部检测元件处于完全密封的腔体内,以保证其正常工作,可用于密封要求严格或水下的机械位移测量。