一种隧洞探测型自主式水下机器人及其图像拼接方法

针对采用自主式水下机器人(AUV)巡检和拍摄输水隧洞中的裂缝时水下环境会极大地限制光视觉图像的可视范围和分辨率,单幅水下图像获得的视角范围有限的问题,提出一种基于加速稳健特征(SURF)算法的AUV水下图像拼接方法。在图像预处理阶段对水下图像进行去畸变和限制对比度自适应直方图均衡化处理,用于解决水下图像存在的畸变、对比度低和噪声严重等问题。将SURF特征点检测算法应用到水下图像配准中,并与RANSAC算法相结合,对特征点进行精确匹配。应用线性渐变融合算法实现水下图像融合,有效去除拼接缝隙,完成水下图像拼接,最终通过水池和外场试验拼接图像验证所提方法的正确性。     

图像增强技术在码头水下结构外观巡检中的应用*

定期开展码头水下结构的外观巡检是码头平稳运行的重要保障。通过分析现有的检测方法，发现获取图像质量不佳是采用视觉技术实施外观巡检的主要限制条件。结合相关检测作业的要求，创新提出将人造多幅欠曝光算法与颜色通道补偿方式进行融合，并通过试验验证使用图像增强算法的水下拍摄图像的视觉质量。结果表明，多曝光与颜色补偿可有效提升水下图像的对比度、恢复细节信息并进行颜色矫正，且运算效率高；图像增强算法可有效提升水下拍摄图像的视觉质量，帮助技术人员及时识别水下结构缺陷；试验中SIFT特征点匹配数量说明提出的算法有利于后续开展缺陷的自动识别及测量研究。     

基于SURF特征点的图像拼接技术研究

图像拼接技术是一个复杂的流程,其包含了多项图像处理技术,其中图像配准和图像融合是实现图像拼接的关键步骤。论文提出了基于SURF特征点的图像拼接技术研究。利用Harris角点检测算法对图像的角点进行提取,设计了图像拼接的架构,并阐述了论文图像拼接实现的方法,构建了图像拼接实现的系统,接着搭建了实验平台,设计了仿真实验,通过实验验证了该方法的有效性与优越性。     

一种基于特征的全景图拼接算法研究

提出并实现了一种基于特征的全景图拼接算法,该算法应用sobel算子对待拼接的两幅图像分别进行处理,以获取图像边缘及特征点,确定两幅图像重叠部分的灰度差以去除伪特征点并消除外界噪声,选取方差最小的两组特征点作为缝合点,从而确定两图像的相对位置,通过对图像重叠部分进行平滑处理实现了全景图的无缝生成。实验结果证明算法合理,运算速度快,效果良好。     

基于前视声呐图像的AUV目标识别与跟踪

声呐图像由于水体不均匀、边界不规则以及声呐设备本身性能的限制,导致图像噪声明显、亮度不均、分辨率低,使得水下AUV装备在使用前视声呐进行水下目标检测时难度较大。针对该问题,基于m750d声呐探测获得的AUV声呐数据,进行了数据提取、高斯滤波处理、扇形映射处理,并采用Jet映射对声呐灰度图像进行了伪彩色映射提高数据标注速度和精度,制作获得了4组2 500张声呐图像的AUV目标检测数据集;采用YOLOv4-tiny目标检测算法开展AUV目标检测研究,研究结果表明该方法在该数据集上表现优秀,mAP@0.50达到94.17%,FPS在22帧左右,说明该轻量级网络在水下AUV目标识别与跟踪应用上具有较好的应用价值。     

虚拟现实技术舰船舱室空间场景语义标注算法

传统的舰船舱室空间场景语义标注算法的标注精度偏低。为此,在虚拟现实技术的支持下,设计一种新的舰船舱室空间场景语义标注算法。通过图像预处理去除舰船舱室空间图像中的噪声点和畸变,然后采用SURF方法对特征点检测和匹配,通过拼接并融合图像生成全景图。基于此,采用MRF语义标注算法查询图像像素特征,并估测与其近邻像素特征间的距离,再通过计算像素的似然估计得到舰船舱室的语义标注结果。实验结果表明,与传统的语义标注算法相比,采用本文算法后,每类别的语义标注精度至少提升5.24%,每像素的语义标注精度至少提升6.12%。由此可见,本文算法具有更高的语义标注精度。     

改进SIFT算法的舰船图像拼接算法

舰船图像在拍摄过程中,由于各种因素的干扰,得到舰船图像不完整,难以描述舰船图像所要表达目标的信息,而当前舰船图像拼接算法存在拼接准确率低、拼接过程复杂等不足,为了获得理想的舰船图像拼接结果,提出基于改进SIFT算法的舰船图像拼接算法。首先提取待拼接舰船的图像,并对它们进行归一化、颜色增强、噪声滤波等操作,然后采用改进SIFT算法提取舰船图像拼接特征点,根据特征点进行两幅舰船图像的拼接操作,最后采用多种舰船图像进行了拼接测试实验,以验证改进SIFT算法的优越性。结果表明,改进SIFT算法避免了当前舰船图像拼接算法存在的局限性,不仅能够以高准确率实现舰船图像拼接,而且舰船图像拼接过程更加简单,加快了舰船图像拼接速度,取得了满意的舰船图像拼接结果。     

基于小波模极大值的声纳图像特征提取与描述研究

海底地图特征提取,是水下航行器(AUV)在未知环境中同时定位与地图创建(SLAM)的关键技术之一.本文针对连续的多波束声纳图像,提出了一种基于小波模极大值法的图像特征提取与描述算法.运用小波模极大值法获取轮廓及模方位,并在轮廓图像中寻找极大区域;以极大区域中心点作为图像特征点,且将区域模方位、特征点区域图像重心坐标组合生成特征点特征向量.实验结果表明:对连续图像,该算法能提取稳定有效轮廓,在边缘上获得图像的特征点一致很好.     

基于图像匹配的多船舶图像拼接方法

传统多船舶图像拼接方法在使用实践过程中,存在无法对多艘高度相似的船舶进行特征区分,导致在拼接过程中拼接位置出现错误的问题。提出基于图像匹配的多船舶图像拼接方法,首先通过引入M-KAZE算法,对高相似度的船舶进行细节的非线性尺度特征识别计算,使每张船舶图像的特征更为清晰;接着,引入稀疏特征像素点拼接算法对多张船舶图像的稀疏特征进行关联计算,从而完成多艘船舶图像的准确拼接;最后,通过仿真实验证明提出方法的可行性。     

舰船远程监控平台模糊视频高动态图像拼接研究

为提高船舶目标检测中图像拼接质量,本次针对传统拼接方法存在的问题:无法同时实现拼接图像画质以及结构相似度的双向目标,研究了一种新的舰船远程监控平台模糊视频高动态图像拼接方法。该方法主要分为三步骤,首先对待拼接的模糊视频高动态图像进行处理,包括图像去噪、图像分割、图像畸形矫正,然后在此基础上利用基于特征信息方法进行图像配准,主要包括图像特征提取、图像匹配等,最后采用直接平均算法实现图像融合,完成图像拼接。结果表明:与传统图像拼接方法相比,本方法操作下,图像峰值信噪比分别提高1.8 d B和2 d B,结构相似度分别提高10.8%和8.2%,证明了本方法的有效性和优越性。     

自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法

[目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器(AUV)在水下自主回收和对接的问题,基于惯导(INS)、声学超短基线定位(USBL)、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法.[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度.分别以I...     

基于区域颜色校正的遥感图像融合方法

针对利用常规方法对多光谱图像与全色图像融合过程中出现的颜色失真问题,提出了一种基于区域颜色校正的遥感图像融合方法。该方法首先利用模糊C-均值(FCM)聚类算法在多特征形成的特征空间上对图像进行区域分割,然后利用常规方法融合多光谱图像与全色图像,并采用小波变换对融合图像进行区域上的颜色校正,从而得到最终的融合图像。通过与IHS、BT和PCA几种常规融合方法的比较与分析验证了本文提出的方法具有良好的融合特性。     

Underwater image bidirectional matching for localization based on SIFT

For the purpose of identifying the stern of the SWATH （Small Waterplane Area Twin Hull） availably and perfecting the detection technique of the SWATH ship＇s performance, this paper presents a novel bidirectional image registration strategy and mosaicing technique based on the scale invariant feature transform （SIFT） algorithm. The proposed method can help us observe the stern with a great visual angle for analyzing the performance of the control fins of the SWATH. SIFT is one of the most effective local features of the scale, rotation and illumination invariant. However, there are a few false match rates in this algorithm. In terms of underwater machine vision, only by acquiring an accurate match rate can we find an underwater robot rapidly and identify the location of the object. Therefore, firstly, the selection of the match ratio principle is put forward in this paper; secondly, some advantages of the bidirectional registration algorithm are concluded by analyzing the characteristics of the unidirectional matching method. Finally, an automatic underwater image splicing method is proposed on the basis of fixed dimension, and then the edge of the image＇s overlapping section is merged by the principal components analysis algorithm. The experimental results achieve a better registration and smooth mosaicing effect, demonstrating that the proposed method is effective.     

一种基于PSO优化HWFCM的快速水下图像分割算法

The S/N of an underwater image is low and has a fuzzy edge.If using traditional methods to process it directly,the result is not satisfying.Though the traditional fuzzy C-means algorithm can sometimes divide the image into object and background,its time-consuming computation is often an obstacle.The mission of the vision system of an autonomous underwater vehicle (AUV) is to rapidly and exactly deal with the information about the object in a complex environment for the AUV to use the obtained result to execute the next task.So,by using the statistical characteristics of the gray image histogram,a fast and effective fuzzy C-means underwater image segmentation algorithm was presented.With the weighted histogram modifying the fuzzy membership,the above algorithm can not only cut down on a large amount of data processing and storage during the computation process compared with the traditional algorithm,so as to speed up the efficiency of the segmentation,but also improve the quality of underwater image segmentation.Finally,particle swarm optimization (PSO) described by the sine function was introduced to the algorithm mentioned above.It made up for the shortcomings that the FCM algorithm can not get the global optimal solution.Thus,on the one hand,it considers the global impact and achieves the local optimal solution,and on the other hand,further greatly increases the computing speed.Experimental results indicate that the novel algorithm can reach a better segmentation quality and the processing time of each image is reduced.They enhance efficiency and satisfy the requirements of a highly effective,real-time AUV.     

基于卷积神经网络的AUV水下识别算法设计与实现

自主式水下机器人(AUV)是应用于复杂海洋环境中的高智能化无人装备,其需要具备良好的环境感知能力进行自主导航,包括水下目标识别能力。随着人工智能的高速发展,卷积神经网络作为图像处理领域的深度学习架构,在图像特征提取和图像识别上有着强大的性能和卓越的优势。本文利用卷积神经网络,实现了自主式水下机器人水下目标的自主识别。同时,通过采用三段式全连接方式和增加卷积层深度的方式对卷积神经网络进行进一步改进,提高了卷积神经网络的训练速度、准确率和泛化能力。     

基于尺度不变特征的水下图像双向定位配准(英文)

For the purpose of identifying the stern of the SWATH(Small Waterplane Area Twin Hull) availably and perfecting the detection technique of the SWATH ship's performance, this paper presents a novel bidirectional image registration strategy and mosaicing technique based on the scale invariant feature transform(SIFT) algorithm. The proposed method can help us observe the stern with a great visual angle for analyzing the performance of the control fins of the SWATH. SIFT is one of the most effective local features of the scale, rotation and illumination invariant. However, there are a few false match rates in this algorithm. In terms of underwater machine vision, only by acquiring an accurate match rate can we find an underwater robot rapidly and identify the location of the object. Therefore, firstly, the selection of the match ratio principle is put forward in this paper; secondly, some advantages of the bidirectional registration algorithm are concluded by analyzing the characteristics of the unidirectional matching method. Finally, an automatic underwater image splicing method is proposed on the basis of fixed dimension, and then the edge of the image's overlapping section is merged by the principal components analysis algorithm. The experimental results achieve a better registration and smooth mosaicing effect, demonstrating that the proposed method is effective.     

自主式水下机器人最优路径规划问题的研究

路径规划是水下机器人实现自主航行的重要环节。根据自主式水下机器人的动力学性质，路径规划的特点以及实现智能行为的要求，采用基于案例的遗传算法，实现了自主式水下机器人最优路径规划。给出该方案的基本框架和算法，在基于案例类比的学习方法中引入模糊多属性综合决策的方法建立决策算子进行案例的匹配，在遗传算法中实际知识的指导，适当地改进遗传算子，加快搜索速度。仿真结果证明该路径规划方法能够取得较好的规划结果，使自主式水下机器人具有了一定的自主导航，自主避障和自主作业的能力。     

一种面向水下无人航行器的实效图像增强算法

针对水下图像存在严重模糊、对比度低、噪声多等问题,根据小波的时频特性及多分辨率特点,提出一种基于小波变换的水下模糊图像增强算法。利用小波变换对RGB图像进行二层小波分解,把原图分解为高、低频子带,利用导向滤波算法估计低频子带上的照射分量并进行去除;利用软阈值算法对高频子带上的图像边轮廓信息进行去噪和增强处理;对水下图像进行小波逆构,并进行伽玛校正;最后利用改进的灰度世界算法对水下图像进行颜色校正。试验结果表明,使用文章中算法处理所得到图像的对比度及信噪比都较高,且清晰度较高,满足水下无人航行器的要求。     

基于自适应迭代阈值的声呐图像增强算法

水下声呐成像探测技术日益成为各国普遍重视的技术。声呐图像具有对比度低、成像质量差的特点，对声呐图像进行增强处理是进行声呐图像判读和提高视觉效果的基础之一。针对声呐图像增强算法研究较少等问题，提出了一种迭代阈值图像增强算法，并采用评价准则算法和频域响应法对常用的几种图像增强算法进行比较分析。结果表明，该方法具有算法简单、易于实现等特点，且增强效果可较好地满足视觉效果的需求。     

多源图像融合技术研究

图像融合分为三个层次：像素级融合、特征级融合和决策级融合。论文主要介绍了像素级图像融合的常用算法,分析了各算法的特点,因单一算法存在缺陷,故提出图像二次融合模型来综合两种算法的优点,弥补缺陷,使融合图像达到良好的效果。