[发明专利]一种深水水域水下机器人型沉水植物盖度仪

权利要求书

1.一种深水水域水下机器人型沉水植物盖度仪，其特征在于，包括水下机器人主体、GPS定位装置、内嵌式中央处理器、广角影像传感器、陀螺仪、声纳探测器、深度调节器、手持式操作显示屏和高性能存贮设备；所述内嵌式中央处理器安装在水下机器人主体内，所述GPS定位装置安装在水下机器人主体顶部，所述广角影像传感器、陀螺仪、声纳探测器组合安装在水下机器人主体前端，所述深度调节器安装在水下机器人主体后端；

所述的GPS定位装置、广角影像传感器、陀螺仪、声纳探测器、深度调节器和手持式操作显示屏均与内嵌式中央处理器端口相连接，内嵌式中央处理器通过对应端口接收GPS定位装置、陀螺仪、声纳探测器的位置数据，以及手持式操作显示屏的参数设置数据和广角影像传感器的数字影像数据；并将这些数据输入导航线路优化分析模块、数据预处理模块和沉水植物盖度分析模块；最终将导航线路优化分析结果、数据预处理结果和盖度分析结果通过人机交互模块发送到手持式操作显示屏；

所述的导航线路优化分析模块用于接收GPS定位装置、声纳探测器和陀螺仪所采集的数据，通过声纳探测器数据获取深水水域的水体深度，通过GPS定位装置的数据获取当前水下机器人本体的空间位置，结合广角影像传感器的视场角，并根据数字影像拍摄时航向相邻影像重叠度40%-60%、旁向相邻影像重叠度30%-40%的原则，计算影像拍摄的最佳距离，并发送指令给深度调节器，调整水下机器人的下潜深度，最终完成对导航线路的优化分析，并将导航线路优化分析结果通过内嵌式中央处理器发送到手持式操作显示屏；经用户确认，深水水域水下机器人型沉水植物盖度仪即可设置最优化的导航线路；

所述的数据预处理模块用于接收广角影像传感器所采集的深水水域数字影像数据，GPS定位装置和陀螺仪所采集的定位数据，将GPS定位装置和陀螺仪所采集的定位数据对广角影像传感器所采集的深水水域数字影像数据进行位置标记，并将位置标记完成后的数字影像数据保存到高性能存贮设备，并发送到沉水植物盖度分析模块；

所述的沉水植物盖度分析模块，用于接收位置标记完成后的深水水域数字影像数据，使用内嵌式中央处理器完成对这些影像数据的图像处理、目标提取和盖度分析，最终将图像处理结果和沉水植物盖度分析结果保存到高性能存贮设备，并发送到手持式操作显示屏；

所述的沉水植物盖度分析模块的主要处理步骤如下所示：

（1）对具有位置标记的深水水域数字影像数据进行噪声去除和图像增强处理；

（2）基于位置标记信息完成广角影像传感器自动标定和数字影像畸变校正；

（3）结合位置标记信息，对完成畸变校正的数字影像进行正射图像生成；

（4）对生成的正射图像进行特征点自动提取，通过相邻影像的特征点自动匹配及空中三角测量高效计算，实现影像匹配点的自动优化选择；

（5）基于优化选择的影像匹配点进行深水水域大场景正射图像生成；

（6）结合影像光谱特征信息和沉水植物几何特征信息，实现影像中沉水植物的自动提取；

（7）将提取出的沉水植物面积除以影像监测的总面积，即得到沉水植物盖度分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种深水水域水下机器人型沉水植物盖度仪，其特征在于，所述的GPS定位装置包括一个可伸缩天线和防水连接件，根据水下机器人下潜的具体深度调节天线的长度。

3.根据权利要求1所述的一种深水水域水下机器人型沉水植物盖度仪，其特征在于，所述的广角影像传感器根据指令调整拍摄角度，用于采集高分辨率的深水水域数字影像；所述的陀螺仪与广角影像传感器相连接，记录当前的姿态，作为广角影像传感器的惯导系统。

4.根据权利要求1所述的一种深水水域水下机器人型沉水植物盖度仪，其特征在于，所述的声纳探测器用于向深水水域底部发射并接收声纳信号，从而计算出水体的深度；所述的深度调节器可根据指令调节水下机器人的下潜深度，保证影像拍摄的最佳距离。

5.根据权利要求1所述的一种深水水域水下机器人型沉水植物盖度仪，其特征在于，所述的手持式操作显示屏可设置水下机器人及其相关设备的基本参数，显示导航线路优化分析结果、数据预处理结果和盖度分析结果。