一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用潛水器進(jìn)行水下作業(yè)以實(shí)現(xiàn)水下勘探、水下救援等用途。在潛水器水下行走過(guò)程中，如果處于淺水區(qū)或者水下巖石過(guò)高，如果躲避不及，很容易與水下巖石碰撞，導(dǎo)致潛水器受損，而由于水下的特殊環(huán)境，在水下維修潛水器造價(jià)很高，對(duì)潛水器運(yùn)營(yíng)部分形成極大的經(jīng)濟(jì)損失，并浪費(fèi)很多的時(shí)間成本。
[0003]由于水下巖石形狀大小不一，分布位置也不具備規(guī)律性，再加上水下特殊環(huán)境，導(dǎo)致水下巖石形狀識(shí)別異常困難，現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有能夠解決這一難題的方案。
[0004]為此，本發(fā)明提出了一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)，能夠針對(duì)水下特殊情況，使用適合水下環(huán)境的巖石檢測(cè)設(shè)備對(duì)水下巖石進(jìn)行有效檢測(cè)，相應(yīng)地制定不同的處理方式，避免潛水器與巖石直接相撞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)，改造潛水器的具體結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用包括中值濾波子設(shè)備、低通濾波子設(shè)備和同態(tài)濾波子設(shè)備的巖石分析設(shè)備對(duì)水下巖石情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析，以識(shí)別的巖石高度為基礎(chǔ)，制定不同的處理策略，提高潛水器的安全性能。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)方法，該方法包括:1)提供一種采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)，所述檢測(cè)平臺(tái)包括潛水器主體、特征提取設(shè)備和巖石類型識(shí)別設(shè)備，所述特征提取設(shè)備和所述巖石類型識(shí)別設(shè)備都位于所述潛水器主體上，用于分別提取水下巖石特征和確定巖石類型；2)運(yùn)行所述平臺(tái)。
[0007]更具體地，在所述采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)中，還包括:挖掘設(shè)備，設(shè)置在所述潛水器主體上，包括挖掘電機(jī)和挖掘驅(qū)動(dòng)器，所述挖掘驅(qū)動(dòng)器與所述挖掘電機(jī)連接，用于對(duì)前方巖石進(jìn)行挖掘；超聲波測(cè)距設(shè)備，設(shè)置在所述潛水器主體上，用于測(cè)量所述潛水器主體距離前方巖石目標(biāo)的距離，并作為第二相對(duì)距離輸出；靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，預(yù)先存儲(chǔ)了巖石面積閾值、巖石高度閾值和巖石寬度閾值，所述巖石面積閾值與挖掘設(shè)備輸出功率成正比，所述巖石高度閾值與潛水器驅(qū)動(dòng)設(shè)備瞬時(shí)爬升輸出功率成正比，所述巖石寬度閾值與所述潛水器驅(qū)動(dòng)設(shè)備瞬時(shí)繞行輸出功率成正比；所述潛水器主體包括驅(qū)動(dòng)設(shè)備和潛水器機(jī)械架構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)控制器、左舷直流減速電機(jī)、右舷直流減速電機(jī)、沉浮電機(jī)、正螺旋槳、反螺旋槳、附帶螺旋槳和聯(lián)軸器，所述左舷直流減速電機(jī)、所述右舷直流減速電機(jī)和所述沉浮電機(jī)分別通過(guò)所述聯(lián)軸器與所述正螺旋槳、所述反螺旋槳和所述附帶螺旋槳連接，所述驅(qū)動(dòng)控制器接收所述水上處理設(shè)備發(fā)送的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述左舷直流減速電機(jī)和所述右舷直流減速電機(jī)以分別控制所述正螺旋槳和所述反螺旋槳，驅(qū)動(dòng)潛水器主體實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和左右動(dòng)作，還用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述沉浮電機(jī)以控制所述附帶螺旋槳，驅(qū)動(dòng)潛水器主體實(shí)現(xiàn)上升與下潛動(dòng)作；水下攝像設(shè)備，設(shè)置在所述潛水器主體上，包括半球形防水透明罩、輔助照明子設(shè)備和CMOS攝像頭，所述半球形防水透明罩用于容納所述輔助照明子設(shè)備和所述CMOS攝像頭，所述輔助照明子設(shè)備為所述CMOS攝像頭的水下拍攝提供輔助照明，所述CMOS攝像頭對(duì)前方目標(biāo)拍攝以獲得包含前方目標(biāo)的水下圖像；預(yù)處理設(shè)備，設(shè)置在所述潛水器主體上，與所述CMOS攝像頭連接，包括中值濾波子設(shè)備、低通濾波子設(shè)備和同態(tài)濾波子設(shè)備；所述中值濾波子設(shè)備與所述CMOS攝像頭連接，用于對(duì)所述水下圖像執(zhí)行中值濾波，以濾除所述水下圖像中的點(diǎn)噪聲，獲得第一濾波圖像；所述低通濾波子設(shè)備與所述中值濾波子設(shè)備連接，用于去除所述第一濾波圖像中的隨機(jī)噪聲，獲得第二濾波圖像；所述同態(tài)濾波子設(shè)備與所述低通濾波子設(shè)備連接，用于對(duì)所述第二濾波圖像執(zhí)行圖像增強(qiáng)，以獲得增強(qiáng)水下圖像；特征提取設(shè)備，設(shè)置在所述潛水器主體上，與所述預(yù)處理設(shè)備連接，包括圖像分割子設(shè)備和特征向量識(shí)別子設(shè)備，所述圖像分割子設(shè)備基于巖石圖像灰度閾值范圍將所述增強(qiáng)水下圖像中的巖石目標(biāo)識(shí)別出來(lái)以獲得水下巖石圖像；所述特征向量識(shí)別子設(shè)備與所述圖像分割子設(shè)備連接，基于所述水下巖石圖像確定水下巖石目標(biāo)的8個(gè)幾何特征:歐拉孔數(shù)、圓度、角點(diǎn)數(shù)、凸凹度、光滑度、長(zhǎng)徑比、緊密度和主軸角度，并將所述8個(gè)幾何特征組成特征向量；巖石類型識(shí)別設(shè)備，設(shè)置在所述潛水器主體上，與所述特征提取設(shè)備連接，采用8輸入2輸出的單隱層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以水下巖石目標(biāo)的8個(gè)幾何特征作為輸入層神經(jīng)元，輸出層為水下巖石類型，所述水下巖石類型包括危險(xiǎn)巖石和常規(guī)巖石；巖石狀態(tài)分析設(shè)備，與所述特征提取設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備分別連接，當(dāng)接收到所述水下巖石類型時(shí)，基于所述第二相對(duì)距離和所述水下巖石圖像占據(jù)所述增強(qiáng)水下圖像的面積百分比計(jì)算水下巖石橫向面積，基于所述第二相對(duì)距離和所述水下巖石圖像縱向高度占據(jù)所述增強(qiáng)水下圖像縱向高度的高度百分比計(jì)算水下巖石高度，基于所述第二相對(duì)距離和所述水下巖石圖像橫向?qū)挾日紦?jù)所述增強(qiáng)水下圖像橫向?qū)挾鹊膶挾劝俜直扔?jì)算水下巖石寬度；水上浮標(biāo)，設(shè)置在所述潛水器主體的上方水面上；供電設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，包括防水密封罩、太陽(yáng)能供電器件、蓄電池、切換開(kāi)關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述防水密封罩用于容納所述太陽(yáng)能供電器件、所述蓄電池、所述切換開(kāi)關(guān)和所述電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開(kāi)關(guān)與所述太陽(yáng)能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據(jù)蓄電池的剩余電量決定是否切換到所述太陽(yáng)能供電器件以由所述太陽(yáng)能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開(kāi)關(guān)連接，以將通過(guò)切換開(kāi)關(guān)輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓；北斗星定位設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于接收北斗星衛(wèi)星發(fā)送的北斗星定位數(shù)據(jù)；聲納探測(cè)設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于探測(cè)所述潛水器主體到所述水上浮標(biāo)的相對(duì)距離，并作為第一相對(duì)距離輸出；單片機(jī)，設(shè)置在所述潛水器主體上，與所述巖石類型識(shí)別設(shè)備、所述北斗星定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備分別連接，當(dāng)接收到所述水下巖石類型為危險(xiǎn)巖石時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并基于所述北斗星定位數(shù)據(jù)、所述第一相對(duì)距離和所述第二相對(duì)距離計(jì)算巖石定位數(shù)據(jù)；其中，所述單片機(jī)還與所述巖石狀態(tài)分析設(shè)備、所述巖石類型識(shí)別設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，當(dāng)接收到所述水下巖石類型時(shí)，將所述水下巖石橫向面積與所述巖石面積閾值比較，所述水下巖石橫向面積小于等于所述巖石面積閾值則發(fā)出挖掘驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述水下巖石橫向面積大于所述巖石面積閾值則進(jìn)入躲避工作模式；所述單片機(jī)在所述躲避工作模式中執(zhí)行以下操作:當(dāng)所述水下巖石高度小于等于所述巖石高度閾值時(shí)則發(fā)出上升驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)所述水下巖石高度大于所述巖石高度閾值時(shí)，進(jìn)一步判斷所述水下巖石寬度和所述巖石寬度閾值的比較結(jié)果:當(dāng)所述水下巖石寬度小于等于所述巖石寬度閾值時(shí)則發(fā)出左右繞行驅(qū)動(dòng)信號(hào)，否則，發(fā)出后退驅(qū)動(dòng)信號(hào)；所述單片機(jī)還與所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，以將所述上升驅(qū)動(dòng)信號(hào)、所述左右繞行驅(qū)動(dòng)信號(hào)或后退驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備；所述單片機(jī)還與所述挖掘驅(qū)動(dòng)器連接，以將所述挖掘驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述挖掘驅(qū)動(dòng)器。
[0008]更具體地，在所述采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)中，所述檢測(cè)平臺(tái)還包括:水下電纜，用于將所述單片機(jī)與水上救援中心連接，將所述報(bào)警信號(hào)和所述巖石定位數(shù)據(jù)發(fā)送到所述水上救援中心。
[0009]更具體地，在所述采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)中:所述單片機(jī)當(dāng)接收到所述水下巖石類型為危險(xiǎn)巖石時(shí)，啟動(dòng)所述北斗星定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備。
[0010]更具體地，在所述采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)中:所述單片機(jī)當(dāng)接收到所述水下巖石類型為常規(guī)巖石時(shí)，關(guān)閉所述北斗星定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備。
[0011]更具體地，在所述采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)中:所述單片機(jī)為AT89C51。
[0012]更具體地，在所述采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)中:所述潛水器機(jī)械架構(gòu)包括支架、左壓力克透明筒、右壓力克透明筒、連接箍、儲(chǔ)物臺(tái)、機(jī)械臂、機(jī)械手和隔水密封筒。
【附圖說(shuō)明】
[0013]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0015]附圖標(biāo)記:1潛水器主體；2特征提取設(shè)備；3巖石類型識(shí)別設(shè)備
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別的水下巖石檢測(cè)平臺(tái)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]潛水器由于智能