[发明专利]一种采用水下机器人系统对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法

权利要求书

1.一种采用水下机器人系统对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法，所述的机器人系统由水面主控平台、通讯浮漂、图像获取装备、深度、压力和位置传感器以及水下机器人本体组成，其特征在于：它包括如下步骤：

步骤一：搭建陆地或船载工作站，以人机交互的方式显示、处理图像，并根据返回信息对水下机器人进行运动、图像抓取操控；

步骤二：建立水面通讯工作站，用于水上工作站与水下机器人进行通讯与信息传输，其由光纤信号接收器及WIFI路由器组成，并整体被置于密封漂浮筒内；

步骤三：通过吊放系统将水下机器人放入水中指定位置，水下机器人与浮漂之间通过系缆连接，水下机器人上面装有深度、压力、位置传感器，图像获取装备，其中深度、压力、位置传感器用于获取水下机器人的具体位置；运用图像获取装备在水下采集视频图像，用电缆将视频信号直接传输到收发器上，再由收发器将数据信号通过WIFI传给上位机，实现视频监视和录像；

步骤四：对整个系统中的硬件系统与软件系统进行调试，保证整个系统能够正常稳定的运行；

步骤五：通过系统中水上工作站中的主控平台对水下机器人进行操作，移动机器人到图像获取装备可清晰探测的位置，采集混凝土结构表面的视频图像信息，回传输到主控平台，在上位机上进行视频监视与录像；

步骤六：将接收到的视频图像通过主控平台中的图像处理系统完成对水工混凝土水下表面裂缝信息的提取，同时将水下机器人上面传感器的数据转换到主控平台的计算机上显示，确定水下机器人的具体位置，最后得到裂缝安全性结论与报告。

2.按照权利要求1所述的采用水下机器人对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法，其特征在于：将深度、位置和压力传感器的数据通过主控平台转换为对应的位置坐标，从而确定裂缝的具体位置。

3.按照权利要求1所述的采用水下机器人对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法，其特征在于：水下机器人各个器件之间的信息传输采用了水上电/光-光/电变换器、光电复合电缆和水下电/光-光/电变换器进行传输；水下图像获取装备的视频图像数据将实时通过连接水下机器人本体和浮漂的复合电缆传输到主控平台，主控平台通过装有无线路由装置的浮漂对水下机器人的多种参数进行远程无线监控。

4.按照权利要求1所述的采用水下机器人对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法，其特征在于：在上述步骤五中，通过的主控平台对水下机器人进行操作，保持水下图像获取装备始终垂直与混凝土表面的姿态进行定点检测或巡探，拍摄出水工混凝土表面裂缝的视频图像，回传输到主控平台，在上位机上进行视频监视与录像。

5.按照权利要求1所述的采用水下机器人对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法，其特征在于：在上述步骤六中，通过图像处理系统提取到裂缝的相关信息，具体步骤为：

(1)水下图像采集，通过地面站中主控平台的控制，让装备有水下视觉成像装置的水下机器人在水工混凝土结构表面进行巡探或定点检测，采集水下图像，回传到地面站，拍摄时需保持相机轴线与被拍摄面垂直，且保持距离在一定的范围之内；

(2)水下图像去噪与增强，将采集到的图像灰度化后，采用针对水下图像的特点所开发的照明均匀化处理技术和MBHF滤波技术去除图像噪声和照明不均的问题；

(3)水下图像分割，对预处理后的图像，将假信息的纹理、阴影、外轮廓的模块进行分割、去除，分割裂缝图像；

(4)水下环境干扰物的识别与判别，根据分割后裂缝边缘与其它干扰的区别，提取连续长度、曲度、长短轴比、面积四个特征参数来判断图像中是否存在裂缝；

(5)裂缝检测，根据分割后裂缝边缘的特征，如果判别后的图像中存在裂缝，首先通过计算图像中每个标记边缘的长度和曲率来进行初步判别，去除杂点和容易区分的非裂缝；然后根据边缘的投影长度来选择合适的模板对余下边缘依次搜索，判断是否存在另外的边缘与其相匹配，从而检测出真实裂缝；最后根据裂缝边缘相互匹配的特征将裂缝边缘断开的部分连接起来，优化裂缝检测结果。

6.按照权利要求1所述的采用水下机器人对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法，其特征在于：在上述步骤二中，还包括用于人机交互的软件，在该软件的界面上，可以监视水下图像获取装备的视频画面，可以用鼠标控制水下机器人各个马达的转速、电磁阀的开关，可以监测水下机器人所处深度、方向状态信息。

7.按照权利要求1-6任一权利要求所述的采用水下机器人对水工混凝土结构水下表面裂缝检测的方法，其特征在于：所述的图像获取装备包括摄像机和照明系统。