基于激光圖像處理的水下焊接平臺的制作方法
【專利說明】基于激光圖像處理的水下焊接平臺
[0001 ]本發(fā)明是申請?zhí)枮?01510471136.5、申請日為2015年8月4日、發(fā)明名稱為“基于激光圖像處理的水下焊接平臺”的專利的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光圖像處理的水下焊接平臺。
【背景技術(shù)】
[0003]水下設(shè)備的質(zhì)量很大程度由水下焊接質(zhì)量確定，而水下焊接的首要要塞是對焊縫定位準確，現(xiàn)有技術(shù)中，由于水下作業(yè)環(huán)境特殊，水下成像技術(shù)很難控制，導(dǎo)致成像效果不佳，無法進行焊縫識別。
[0004]為此，需要一種基于高質(zhì)量激光圖像的焊縫識別方案，能夠精確控制水下激光成像器的快門開關(guān)，能夠準確識別出激光圖像中的焊縫位置，并進而能夠進行自動焊接，從而延長水下設(shè)備的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于激光圖像處理的水下焊接平臺，利用焊接平臺主體架構(gòu)作為水下焊接設(shè)備載體，利用聲納和聲納圖像處理設(shè)備確定水下激光成像設(shè)備的快門觸發(fā)時間，采用有針對性的圖像識別技術(shù)和圖像定位技術(shù)準確確定焊縫位置，以基于焊縫位置實施自動焊接。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于激光圖像處理的水下焊接平臺，所述焊接平臺包括激光成像設(shè)備和焊縫跟蹤設(shè)備，所述激光成像設(shè)備基于聲納圖像處理結(jié)果啟動對水下激光圖像的拍攝，所述焊縫跟蹤設(shè)備與所述激光成像設(shè)備連接，對所述水下激光圖像進行激光圖像處理以確定焊縫相關(guān)信息。
[0007]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺中，還包括:電焊鉗，用于固定焊條，所述焊條為濕法涂料焊條，材料為低碳鋼;安全開關(guān)，其負極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗;接地夾，被固定在待焊接工件上；電焊機，負極連接至所述電焊鉗，正極接地；電焊鉗驅(qū)動設(shè)備，與所述電焊鉗連接，用于根據(jù)電焊鉗驅(qū)動信號驅(qū)動所述電焊鉗前往待焊接工件的焊縫位置;電焊鉗驅(qū)動電機，為一直流電機，為所述電焊鉗驅(qū)動設(shè)備對所述電焊鉗的驅(qū)動提供動力;靜態(tài)存儲設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，預(yù)先存儲了亮度閾值上限和亮度閾值下限，還用于預(yù)先存儲黑白閾值和像素數(shù)閾值，所述黑白閾值用于對圖像執(zhí)行二值化處理，所述靜態(tài)存儲設(shè)備還預(yù)先存儲了灰度化焊縫模版，所述灰度化焊縫模版為對基準焊縫進行拍攝所得到的焊縫圖像執(zhí)行灰度化處理而獲得;聲納設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，用于對水下目標執(zhí)行聲納圖像采集，以獲得聲納圖像;聲納圖像處理設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，包括第一檢測子設(shè)備、第二檢測子設(shè)備和目標距離檢測子設(shè)備，所述第一檢測子設(shè)備與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于采用亮度閾值上限遍歷聲納圖像以分割出核心目標區(qū)域;所述第二檢測子設(shè)備與所述第一檢測子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于以所述核心目標區(qū)域的邊緣點作為種子點，利用亮度閾值下限對核心目標區(qū)域附近的像素點進行亮度判斷，以獲得并分割出最終目標區(qū)域;所述目標距離檢測子設(shè)備與所述第二檢測子設(shè)備連接，計算最終目標區(qū)域的中心點到聲納圖像檢測原點的距離并作為目標距離輸出；激光成像設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，包括激光器、探測器和微控制器，所述激光器對水下目標發(fā)出激光束，以在所述激光束被水下目標反射到所述探測器時，便于所述探測器的拍攝，所述微控制器與所述聲納圖像處理設(shè)備、所述激光器和所述探測器分別連接，基于目標距離和激光在水下傳播速度確定所述探測器快門的選通時間，并在選通時間到達時，選通所述探測器的快門，觸發(fā)所述探測器對水下目標進行拍攝，以獲得水下激光圖像;所述焊縫跟蹤設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，與所述激光成像設(shè)備連接，包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測子設(shè)備、行邊緣檢測子設(shè)備、目標分割子設(shè)備和目標識別子設(shè)備，所述圖像預(yù)處理子設(shè)備與所述激光成像設(shè)備連接，以對所述水下激光圖像依次執(zhí)行自適應(yīng)邊緣增強和小波濾波處理，以獲得預(yù)處理水下圖像;所述二值化處理子設(shè)備與所述圖像預(yù)處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述預(yù)處理水下圖像的每一個像素的亮度與所述黑白閾值分別比較，當像素的亮度大于所述黑白閾值時，將像素記為白色像素，當像素的亮度小于所述黑白閾值時，將像素記為黑色像素，從而獲得二值化水下圖像;所述列邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化水下圖像，計算每列黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的列記為邊緣列;所述行邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化水下圖像，計算每行黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的行記為邊緣行;所述目標分割子設(shè)備與所述列邊緣檢測子設(shè)備和所述行邊緣檢測子設(shè)備分別連接，將邊緣列和邊緣行交織的區(qū)域作為目標存在區(qū)域，并從所述二值化水下圖像中分割出所述目標存在區(qū)域以作為目標子圖像輸出；所述目標識別子設(shè)備與所述目標分割子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述目標子圖像與所述灰度化焊縫模版匹配，匹配成功，則輸出存在焊縫信號，匹配失敗，則輸出不存在焊縫信號;數(shù)字信號處理器，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，與所述焊縫跟蹤設(shè)備連接，用于在接收到所述存在焊縫信號時，將所述目標子圖像執(zhí)行MPEG-4壓縮編碼以獲得壓縮圖像，并將所述壓縮圖像和所述存在焊縫信號通過水下電纜傳送到水上焊接處理中心;其中，所述數(shù)字信號處理器在接收到所述存在焊縫信號時，根據(jù)焊縫子圖像在水下圖像的相對位置確定電焊鉗驅(qū)動信號。
[0008]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺中:所述數(shù)字信號處理器在接收到所述不存在焊縫信號時，將所述不存在焊縫信號通過水下電纜傳送到水上焊接處理中心。
[0009]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺中，所述焊接平臺還包括:GPS定位設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上方的水面浮標上，與所述數(shù)字信號處理器連接，用于在接收到所述存在焊縫信號時，將接收到的GPS定位數(shù)據(jù)發(fā)送到水上焊接處理中心。
[0010]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺中:所述GPS定位設(shè)備包括太陽能光伏板，用于為所述GPS定位設(shè)備提供電力供應(yīng)。
[0011]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺中:所述數(shù)字信號處理器為TI公司的DSP芯片。
[0012]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺中:所述靜態(tài)存儲設(shè)備為SDRAM0
【附圖說明】
[0013]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中:
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的基于激光圖像處理的水下焊接平臺的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0015]附圖標記:1激光成像設(shè)備;2焊縫跟蹤設(shè)備
【具體實施方式】
[0016]下面將參照附圖對本發(fā)明的基于激光圖像處理的水下焊接平臺的實施方案進行詳細說明。
[0017]現(xiàn)有技術(shù)中，由于水下作業(yè)的特殊環(huán)境，水下焊接難度較大，其激光成像時機難以控制，而且缺乏適應(yīng)水下環(huán)境的圖像識別技術(shù)和定位技術(shù)，導(dǎo)致水下焊縫難以識別和定位。
[0018]為了克服上述不足，本發(fā)明搭建了一種基于激光圖像處理的水下焊接平臺，通過改造水下焊接設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，引入一系列適合水下操作的電子輔助設(shè)備，使得自動識別焊縫、實施焊接成為可能。
[0019]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的基于激光圖像處理的水下焊接平臺的結(jié)構(gòu)方框圖，所述焊接平臺包括激光成像設(shè)備和焊縫跟蹤設(shè)備，所述激光成像設(shè)備基于聲納圖像處理結(jié)果啟動對水下激光圖像的拍攝，所述焊縫跟蹤設(shè)備與所述激光成像設(shè)備連接，對所述水下激光圖像進行激光圖像處理以確定焊縫相關(guān)信息。
[0020]接著，繼續(xù)對本發(fā)明的基于激光圖像處理的水下焊接平臺的具體結(jié)構(gòu)進行進一步的說明。
[0021]所述焊接平臺還包括:電焊鉗，用于固定焊條，所述焊條為濕法涂料焊條，材料為低碳鋼;安全開關(guān)，其負極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗;接地夾，被固定在待焊接工件上；電焊機，負極連接至所述電焊鉗，正極接地；電焊鉗驅(qū)動設(shè)備，與所述電焊鉗連接，用于根據(jù)電焊鉗驅(qū)動信號驅(qū)動所述電焊鉗前往待焊接工件的焊縫位置;電焊鉗驅(qū)動電機，為一直流電機，為所述電焊鉗驅(qū)動設(shè)備對所述電焊鉗的驅(qū)動提供動力。
[0022]所述焊接平臺還包括:靜態(tài)存儲設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，預(yù)先存儲了亮度閾值上限和亮度閾值下限，還用于預(yù)先存儲黑白閾值和像素數(shù)閾值，所述黑白閾值用于對圖像執(zhí)行二值化處理，所述靜態(tài)存儲設(shè)備還預(yù)先存儲了灰度化焊縫模版，所述灰度化焊縫模版為對基準焊縫進行拍攝所得到的焊縫圖像執(zhí)行灰度化處理而獲得。
[0023]所述焊接平臺還包括:聲納設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，用于對水下目標執(zhí)行聲納圖像采集，以獲得聲納圖像。
[0024]所述焊接平臺還包括:聲納圖像處理設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺主體架構(gòu)上，與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，包括第一檢測子設(shè)備、第二檢測子設(shè)備和目標距離檢測子設(shè)備，所述第一檢測子設(shè)備與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于采用亮度閾值上限遍歷聲納圖像以分割出核心目標區(qū)域;所述第二檢測子設(shè)備與所述第一檢測子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于以所述核心目標區(qū)域的邊緣點作為種子點，利用亮度閾值下限對核心目標區(qū)域附近的像素點進行亮度判斷，以獲得并分割出最終目標區(qū)域;所述目標距離檢測子設(shè)備與所述第二檢測子設(shè)備連接，計