基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体为基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法及系统。

背景技术

近年来，海洋信息处理技术蓬勃发展，水下目标探测技术的应用也日益广泛，涉及海底光缆的铺设、水下石油平台的建立与维修、海底沉船的打捞、海洋生态系统的研究等领域。水下光学图像分辨率较高，信息量较为丰富，在短距离的水下目标探测任务中具有突出优势。然而，由于受水下特殊成像环境的限制，水下图像往往存在噪声干扰多、纹理特征模糊、对比度低及颜色失真等诸多问题。因此，水下目标探测任务面临诸多挑战，如何在图像可视性较差的情况下，精确、快速、稳定地检测识别和跟踪水下目标物体是亟待解决的问题；

在水下图像中，由于高散射、强衰弱的水下光学环境导致获取的图像质量会严重降低。水下图像的衰退主要由光线在水下被吸收导致的色彩偏差、光线在水下的前向散射导致的图像模糊和光线在水下的后向散射造成对比度下降这三个方面组成。在传统水下图像增强方案中，基于色彩恢复的多尺度图像增强算法(MSRCR算法)和暗通道去雾算法已经被证明具有较好的增强效果；

在人员需要对水下相应的目标进行检测时，因目标的姿态、角度以及大小等均有较大的差距，所以人员在对水下目标进行检测识别时依旧存在一定的困难，为此，我们提出基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法及系统。

以解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供如下技术方案：一种基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法，包括拍摄模块、图像增强模块、多尺度特征学习模块、距离测算模块、预输入图像模块、特征分割模块以及通信模块，所述拍摄模块与图像增强模块之间通信连接，所述图像增强模块与多尺度特征学习模块之间通信连接，所述多尺度特征学习模块与距离测算模块之间通信连接，所述距离测算模块与预输入图像模块之间通信连接，所述预输入图像模块与特征分割模块之间通信连接，所述特征分割模块以及图像增强模块均与通信模块之间通信连接，该方法的具体步骤如下：

第一步骤：将拍摄模块放置在水下，然后拍摄模块对水下区域进行拍摄；

第二步骤：拍摄模块将拍摄模块到的图像输送到图像增强模块，图像增强模块对水下监视的图像进行之间进行对比，从而将图像中不清晰部分的图像进行补充清晰度；

第三步骤：多尺度特征学习模块将图像中的特征进行区分，利用距离测算模块将图像特征中的距离进行测算：

第四步骤：人员将需要的图像数据输入进预输入图像模块内，利用预输入图像模块的特征与监视到的图像进行对比，特征分割模块将预输入图像模块特征的部分进行截取：

第五步骤：通信模块将特征分割模块中的区分出的特征数据以及图像增强模块中增强后未区分的图像数据，通过通信模块输送至云端。

作为本发明的进一步方案：所述通信模块可通过2.4G无线通信、5G无线通信以及线路向云端进行连接。

基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法的系统，包括有检测装置本体，其特征在于：所述检测装置本体包括有调节机构、伸缩机构、拍摄装置、供电机构、通信机构以及船体，所述调节机构、伸缩机构、拍摄装置、供电机构以及通信机构从内到外分别设置在船体上，所述调节机构包括有伺服电机、第一锥齿轮、套筒、第二锥齿轮以及输送辊，所述船体的内壁固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端固定安装有第一锥齿轮，所述船体的内壁固定安装有限制板，所述限制板的内壁转动连接有套筒，所述套筒的外侧固定连接第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的外侧啮合连接有第一锥齿轮，所述套筒的内壁转动连接有输送辊，所述套筒的内壁以及所述输送辊的外侧均设有螺纹结构，且套筒与输送辊的螺纹结构相互配合，所述输送辊的底部转动连接有拍摄装置。

作为本发明的进一步方案：所述伸缩机构包括有伸缩杆、T型连接块以及定位块，所述限制板的内壁开设有限制槽，所述限制槽的内壁滑动连接有伸缩杆，所述伸缩杆的底端固定连接有T型连接块，所述T型连接块的底端卡接于拍摄装置的顶部，所述伸缩杆的顶部固定连接有定位块，所述定位块的外侧卡接于限制板的顶部。

作为本发明的进一步方案：所述输送辊的顶部固定连接有限制筒，所述输送辊的底部开设有连接孔，且连接孔贯穿于限制筒的内壁，所述限制筒的内壁固定安装有定位杆，两个所述输送辊之间均设置有防水垫。

作为本发明的进一步方案：所述拍摄装置包括有防水壳、摄像头以及补光灯，所述防水壳转动连接于输送辊的底端，且防水壳与输送辊之间设有密封垫，所述防水壳的内壁固定安装有摄像头，所述防水壳的内壁固定安装有补光灯，且补光灯位于摄像头的两侧。

作为本发明的进一步方案：所述供电机构包括有框架、太阳能板以及蓄电池，所述船体的顶部转动连接有框架，所述框架的侧面可拆卸安装有太阳能板，所述太阳能板与蓄电池之间电性连接。

作为本发明的进一步方案：所述通信机构包括有无线信号收发器、处理器以及防护箱，所述无线信号收发器以及处理器均安装于防护箱的内壁，所述防护箱固定安装在船体的内壁。

作为本发明的进一步方案：所述船体的两侧均固定连接有支撑杆，所述支撑杆远离船体的一端固定连接有漂浮板。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明人员将目标信息输入进预输入图像模块中，利用拍摄模块对水下目标进行拍摄，然后利用图像增强模块将多个拍摄得到的图像进行对比，对不清晰部分的图像进行补充，通过多尺度特征学习模块对图像中的特征进行区分，然后利用距离测算模块便于测试图像中特征与拍摄模块的距离，同时预输入图像模块中的特征与图片中的特征进行比对，特征分割模块对比对出的特征进行从图像中区分出来并进行标记，通信模块将比对出特征的图像以及未被标记的图像向云端进行输送，达到了便于对目标进行快速且精准的检测；

2、本发明通过驱动伺服电机带动第一锥齿轮进行转动，然后第一锥齿轮带动第二锥齿轮以及套筒进行移动，便于套筒通过螺纹带动输送辊进行上下移动，使得输送辊带动拍摄装置进行上下移动，利用T型连接块与拍摄装置的顶部相互卡接，便于拍摄装置进行上下移动时，伸缩杆对拍摄装置进行限制，达到了便于对拍摄装置进行调节到目标距离的效果；

3、本发明利用防水壳防止水下液体进入到摄像头的内部，通过防水壳上的拍摄镜片，便于摄像头对目标进行拍摄，当目标拍摄光亮度较暗时，则启动补光灯对摄像头拍摄范围进行照亮，达到了便于在水下较暗的环境中进行补光的效果。

附图说明

图1为本发明实施例中整体流程图；

图2为本发明实施例中整体步骤示意图；

图3为本发明实施例中水下目标检测装置立体示意图；

图4为本发明实施例中船体连接关系示意图；

图5为本发明实施例中限制板连接关系示意图；

图6为本发明实施例中伸缩机构示意图；

图7为本发明实施例中输送辊示意图；

图8为本发明实施例中通信机构示意图；

图9为本发明实施例中拍摄装置剖面示意图。

图中：1、检测装置本体；2、调节机构；21、伺服电机；22、第一锥齿轮；23、套筒；24、第二锥齿轮；25、输送辊；251、限制筒；252、连接孔；253、定位杆；26、限制板；3、伸缩机构；31、伸缩杆；32、T型连接块；33、定位块；34、限制槽；4、拍摄装置；41、防水壳；42、摄像头；43、补光灯；5、供电机构；51、框架；52、太阳能板；53、蓄电池；6、通信机构；61、无线信号收发器；62、处理器；63、防护箱；7、船体；71、支撑杆；72、漂浮板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一、请参阅附图1以及附图2，本发明提供一种技术方案：基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法，其特征在于：包括拍摄模块、图像增强模块、多尺度特征学习模块、距离测算模块、预输入图像模块、特征分割模块以及通信模块，所述拍摄模块与图像增强模块之间通信连接，所述图像增强模块与多尺度特征学习模块之间通信连接，所述多尺度特征学习模块与距离测算模块之间通信连接，所述距离测算模块与预输入图像模块之间通信连接，所述预输入图像模块与特征分割模块之间通信连接，所述特征分割模块以及图像增强模块均与通信模块之间通信连接，该方法的具体步骤如下：

第一步骤：将拍摄模块放置在水下，然后拍摄模块对水下区域进行拍摄；

第二步骤：拍摄模块将拍摄模块到的图像输送到图像增强模块，图像增强模块对水下监视的图像进行之间进行对比，从而将图像中不清晰部分的图像进行补充清晰度；

第三步骤：多尺度特征学习模块将图像中的特征进行区分，利用距离测算模块将图像特征中的距离进行测算：

第四步骤：人员将需要的图像数据输入进预输入图像模块内，利用预输入图像模块的特征与监视到的图像进行对比，特征分割模块将预输入图像模块特征的部分进行截取：

第五步骤：通信模块将特征分割模块中的区分出的特征数据以及图像增强模块中增强后未区分的图像数据，通过通信模块输送至云端。

请参阅附图2，所述通信模块可通过2.4G无线通信、5G无线通信以及线路向云端进行连接；

本实施例中，通过2.4G无线通信、5G无线通信以及电线线路，均可让该拍摄模块、图像增强模块、多尺度特征学习模块、距离测算模块、预输入图像模块以及特征分割模块产生的数据向云端进行输送。

在使用时，人员将目标信息输入进预输入图像模块中，利用拍摄模块对水下目标进行拍摄，然后利用图像增强模块将多个拍摄得到的图像进行对比，对不清晰部分的图像进行补充，通过多尺度特征学习模块对图像中的特征进行区分，然后利用距离测算模块便于测试图像中特征与拍摄模块的距离，同时预输入图像模块中的特征与图片中的特征进行比对，特征分割模块对比对出的特征进行从图像中区分出来并进行标记，通信模块将比对出特征的图像以及未被标记的图像向云端进行输送，达到了便于对目标进行快速且精准的检测。

实施例二、请参阅附图3-附图9，本发明提供一种技术方案：基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法的系统，包括有检测装置本体1，检测装置本体1包括有调节机构2、伸缩机构3、拍摄装置4、供电机构5、通信机构6以及船体7，调节机构2、伸缩机构3、拍摄装置4、供电机构5以及通信机构6从内到外分别设置在船体7上，调节机构2包括有伺服电机21、第一锥齿轮22、套筒23、第二锥齿轮24以及输送辊25，船体7的内壁固定安装有伺服电机21，伺服电机21的输出端固定安装有第一锥齿轮22，船体7的内壁固定安装有限制板26，限制板26的内壁转动连接有套筒23，套筒23的外侧固定连接第二锥齿轮24，第二锥齿轮24的外侧啮合连接有第一锥齿轮22，套筒23的内壁转动连接有输送辊25，套筒23的内壁以及输送辊25的外侧均设有螺纹结构，且套筒23与输送辊25的螺纹结构相互配合，输送辊25的底部转动连接有拍摄装置4。

请参阅附图3-附图7，伸缩机构3包括有伸缩杆31、T型连接块32以及定位块33，限制板26的内壁开设有限制槽34，限制槽34的内壁滑动连接有伸缩杆31，伸缩杆31的底端固定连接有T型连接块32，T型连接块32的底端卡接于拍摄装置4的顶部，伸缩杆31的顶部固定连接有定位块33，定位块33的外侧卡接于限制板26的顶部，输送辊25的顶部固定连接有限制筒251，输送辊25的底部开设有连接孔252，且连接孔252贯穿于限制筒251的内壁，限制筒251的内壁固定安装有定位杆253，两个输送辊25之间均设置有防水垫，船体7的两侧均固定连接有支撑杆71，支撑杆71远离船体7的一端固定连接有漂浮板72；

本实施例中，通过将定位块33卡在限制板26的顶部，便于对伸缩杆31进行限制，利用限制筒251插接于输送辊25的底部，便于将两个输送辊25之间进行连接，通过将定位杆253安装进连接孔252的内壁，便于将两个输送辊25之间进行固定，通过支撑杆71以及漂浮板72便于对船体7进行限制，便于船体7在水面上保持平衡。

在使用时，通过驱动伺服电机21带动第一锥齿轮22进行转动，然后第一锥齿轮22带动第二锥齿轮24以及套筒23进行移动，便于套筒23通过螺纹带动输送辊25进行上下移动，使得输送辊25带动拍摄装置4进行上下移动，利用T型连接块32与拍摄装置4的顶部相互卡接，便于拍摄装置4进行上下移动时，伸缩杆31对拍摄装置4进行限制，达到了便于对拍摄装置4进行调节到目标距离的效果。

实施例三、请参阅附图3-附图9，本发明提供一种技术方案：基于多尺度特征学习的高精度水下目标检测方法的系统，包括有检测装置本体1，检测装置本体1包括有调节机构2、伸缩机构3、拍摄装置4、供电机构5、通信机构6以及船体7，调节机构2、伸缩机构3、拍摄装置4、供电机构5以及通信机构6从内到外分别设置在船体7上，调节机构2包括有伺服电机21、第一锥齿轮22、套筒23、第二锥齿轮24以及输送辊25，船体7的内壁固定安装有伺服电机21，伺服电机21的输出端固定安装有第一锥齿轮22，船体7的内壁固定安装有限制板26，限制板26的内壁转动连接有套筒23，套筒23的外侧固定连接第二锥齿轮24，第二锥齿轮24的外侧啮合连接有第一锥齿轮22，套筒23的内壁转动连接有输送辊25，套筒23的内壁以及输送辊25的外侧均设有螺纹结构，且套筒23与输送辊25的螺纹结构相互配合，输送辊25的底部转动连接有拍摄装置4。

请参阅附图4-附图9，拍摄装置4包括有防水壳41、摄像头42以及补光灯43，防水壳41转动连接于输送辊25的底端，且防水壳41与输送辊25之间设有密封垫，防水壳41的内壁固定安装有摄像头42，防水壳41的内壁固定安装有补光灯43，且补光灯43位于摄像头42的两侧，拍摄装置4包括有防水壳41、摄像头42以及补光灯43，防水壳41转动连接于输送辊25的底端，且防水壳41与输送辊25之间设有密封垫，防水壳41的内壁固定安装有摄像头42，防水壳41的内壁固定安装有补光灯43，且补光灯43位于摄像头42的两侧，供电机构5包括有框架51、太阳能板52以及蓄电池53，船体7的顶部转动连接有框架51，框架51的侧面可拆卸安装有太阳能板52，太阳能板52与蓄电池53之间电性连接，通信机构6包括有无线信号收发器61、处理器62以及防护箱63，无线信号收发器61以及处理器62均安装于防护箱63的内壁，防护箱63固定安装在船体7的内壁；

本实施例中，通过无线信号收发器61以及处理器62便于将拍摄信息进行传输，通过太阳能板52以及蓄电池53便于对拍摄装置4以及调节机构2进行供电。

在使用时，利用防水壳41防止水下液体进入到摄像头42的内部，通过防水壳41上的拍摄镜片，便于摄像头42对目标进行拍摄，当目标拍摄光亮度较暗时，则启动补光灯43对摄像头42拍摄范围进行照亮，达到了便于在水下较暗的环境中进行补光的效果。

工作原理：

第一步骤、人员将目标信息输入进预输入图像模块中，利用拍摄模块对水下目标进行拍摄，然后利用图像增强模块将多个拍摄得到的图像进行对比，对不清晰部分的图像进行补充，通过多尺度特征学习模块对图像中的特征进行区分，然后利用距离测算模块便于测试图像中特征与拍摄模块的距离，同时预输入图像模块中的特征与图片中的特征进行比对，特征分割模块对比对出的特征进行从图像中区分出来并进行标记是，通信模块将比对出特征的图像以及未被标记的图像向云端进行输送，达到了便于对目标进行快速且精准的检测；

第二步骤、通过驱动伺服电机21带动第一锥齿轮22进行转动，然后第一锥齿轮22带动第二锥齿轮24以及套筒23进行移动，便于套筒23通过螺纹带动输送辊25进行上下移动，使得输送辊25带动拍摄装置4进行上下移动，利用T型连接块32与拍摄装置4的顶部相互卡接，便于拍摄装置4进行上下移动时，伸缩杆31对拍摄装置4进行限制，达到了便于对拍摄装置4进行调节到目标距离的效果；

第三步骤、利用防水壳41防止水下液体进入到摄像头42的内部，通过防水壳41上的拍摄镜片，便于摄像头42对目标进行拍摄，当目标拍摄光亮度较暗时，则启动补光灯43对摄像头42拍摄范围进行照亮，达到了便于在水下较暗的环境中进行补光的效果。

上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

需要说明的是，本发明的设备结构和附图主要对本发明的原理进行描述，在该设计原理的技术上，装置的动力机构、供电系统及控制系统等的设置并没有完全描述清楚，而在本领域技术人员理解上述发明的原理的前提下，可清楚获知其动力机构、供电系统及控制系统的具体，申请文件的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现；

其中所使用到的标准零件均可以从市场上购买，而且根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，且本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。