一種智能水下雷射探測系統的製作方法

2023-09-16 09:48:50 3

一種智能水下雷射探測系統的製作方法
【專利摘要】本發明實現的是一種智能水下雷射探測系統。該系統通過運行VxWorks的嵌入式平臺控制水下雷射器，通過水下雷射器獲取水下目標的原始雷射圖像，在VxWorks系統下對獲取的雷射圖像進行處理，估計目標方位，然後根據處理結果生成改進的水下雷射器系統參數，並使用該參數調整水下雷射器設置，再次對目標進行成像。經過多次自動調整，該系統最終可獲取清晰的目標圖像。同時該系統通過擴展，可連接PC機來實時監測系統的圖像處理結果。本發明適用於水下目標的自動探測，同時還可進行水下雷射圖像處理算法以及水下雷射器自動控制算法的開發與調試。
【專利說明】一種智能水下雷射探測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種智能探測系統，具體涉及一種用於自動探測水下目標的雷射成像系統。
【背景技術】
[0002]水下雷射成像系統是一種利用水下雷射獲取水下目標圖像的設備。通過對獲取的圖像進行處理，可以得到許多目標細節特徵，為進一步的目標分類識別提供素材。
[0003]隨著水下無人潛器的發展，水下雷射成像系統可以被用來作為水下機器人視覺系統的一部分。利用通過特定的水下雷射成像系統自動控制技術獲得的目標圖像，可以為水下機器人導航提供重要幫助。
[0004]Vxfforks作為一款高性能的嵌入式實時作業系統，具有良好的可擴展性。通過為其添加相應的設備驅動和數據處理算法，可以使其具有自動控制設備工作並實時給出數據處理結果的能力，其應用範圍正變得更加廣泛。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種實現利用該系統自動獲取水下目標雷射圖像的智能水下雷射探測系統。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
[0007]一種智能水下雷射探測系統，包括嵌入式處理平臺和水下雷射成像系統，水下雷射圖像數據由水下雷射成像系統採集，水下雷射成像系統與運行VxWorks嵌入式作業系統的嵌入式處理平臺通過USB電纜互聯，嵌入式處理平臺通過網絡電纜與PC機互聯。
[0008]Vxfforks嵌入式作業系統包括VxWorks內核和板級支持包BSP，其中板級支持包BSP含有水下雷射成像系統USB設備類驅動、網絡通信模塊、水下雷射成像系統設備控制任務模塊、水下雷射圖像處理模塊以及水下雷射器控制模塊，VxWorks內核的工作載體是嵌入式處理平臺上的Pentium處理器，並保存在嵌入式處理平臺的擴展非易失存儲器上。
[0009]水下雷射成像系統包括水下雷射發射器、水下雷射接收器以及通信控制器，其中通信控制器通過USB電纜與VxWorks嵌入式作業系統進行數據傳輸。
[0010]水下雷射發射器根據初始參數向可疑目標發射水下雷射；經目標反射回來的水下雷射由水下雷射接收器接收並形成原始圖像；該原始圖像數據通過通信控制器進入Vxfforks嵌入式作業系統；水下雷射圖像處理模塊對該原始數據進行實時處理而形成結果圖像；該結果圖像被提交給水下雷射器控制模塊，水下雷射器控制模塊從結果圖像中提取目標信息生成改進的水下雷射器系統參數；水下雷射器系統參數被發送給水下雷射成像系統以再次獲取目標圖像，最終獲得清晰的水下目標圖像。
[0011]本發明的有益效果在於:
[0012]該系統能夠循環多次工作，以尋找最佳的水下目標探測結果。另外，在與PC機]建立網絡連接的情況下，VxWorks系統還可通過TCP/IP網絡通訊方式將水下雷射圖像處理模塊產生的結果圖像發送給PC機上的顯示軟體，以供使用者實時查看系統工作狀態。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的總體結構框圖。
[0014]圖2為本發明的總體工作流程圖。
[0015]圖3為本發明的水下雷射成像系統設備控制任務流程圖。
[0016]圖4為本發明的水下雷射成像系統初始化流程圖。
[0017]圖5為本發明的水下雷射器控制算法生成控制指令的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]整個系統分為VxWorks嵌入式作業系統(I)和水下雷射成像系統(2)兩部分。Vxfforks嵌入式作業系統(I)負責數據的實時處理與水下雷射器的控制，水下雷射成像系統(2)負責水下感興趣目標的雷射圖像採集。
[0019]水下雷射發射器(11)根據初始參數向可疑目標發射水下雷射；經目標反射回來的水下雷射由水下雷射接收器(12)接收並形成原始圖像；該原始圖像數據通過通信控制器(13)進入VxWorks嵌入式作業系統(I);水下雷射圖像處理算法(9)對該原始數據進行實時處理而形成結果圖像；該結果圖像被提交給水下雷射器控制算法(10)，該算法從結果圖像中提取目標信息進而生成改進的水下雷射器系統參數；該參數將被發送給水下雷射成像系統(2)以再次獲取目標圖像。通過多次自動調整，最終該系統將獲得清晰的水下目標圖像。
[0020]另外，該系統還可進行擴展。通過網絡電纜將PC機(16)與VxWorks嵌入式作業系統(I)相連，使用者可以利用PC機(16)上的顯示軟體(18)實時查看圖像處理結果，以評估系統的工作情況。
[0021]本發明的工作原理是:
[0022]此智能水下雷射探測系統需要VxWorks嵌入式作業系統(I)和水下雷射成像系統
(2)協同工作。該系統需安裝在水密艙內，如安裝於水下潛器中。工作前，根據工作環境和可疑目標的方位，選擇合適的水下雷射圖像處理算法(9)和水下雷射器控制算法(10)，將其加入板級支持包BSP (5)並編譯生成VxWorks內核(4)。工作時，該系統首先根據預先估算的目標方位和距離通過水下雷射器控制算法(10)生成並設置水下雷射成像系統首次採集圖像所需的系統參數，並將該參數發送給VxWorks系統下的水下雷射成像系統設備控制任務(8);該任務利用此系統參數生成設備控制命令並調用水下雷射成像系統USB設備類驅動(6)將該命令發送給水下雷射成像系統(2);水下雷射成像系統(2)根據命令採集目標圖像並發送回VxWorks系統(I);該數據經水下雷射圖像處理算法(9)處理後將被提交給水下雷射器控制算法[10];水下雷射器控制算法[10]將根據圖像處理結果來產生新的水下雷射成像系統系統參數；該參數將被發送給VxWorks系統下的水下雷射成像系統設備控制任務(8)來啟動下一輪的數據採集和處理。
[0023]由以上工作過程可知，該平臺能夠循環多次工作，以尋找最佳的水下目標探測結果。另外，在與PC機(16)建立網絡連接的情況下，VxWorks系統還可通過TCP/IP網絡通訊方式將水下雷射圖像處理算法(9)產生的結果圖像發送給PC機(16)上的顯示軟體(18)，以供使用者實時查看系統工作狀態。
[0024]1.結合圖1，將預計使用的水下雷射圖像處理算法(9)整合到水下雷射成像系統設備控制任務(8)中；將水下雷射器控制算法(10)整合到水下雷射成像系統設備控制任務
(8)中；編譯包含以上兩種算法的BSP生成VxWorks內核(4)並將其保存在嵌入式處理平臺
(3)的擴展非易失存儲器上。
[0025]2.安裝和連接VxWorks系統(I)和水下雷射器(2)，整個系統需安裝在水密艙內，運行VxWorks系統(I)的嵌入式處理平臺(3)與水下雷射器(2)的通信控制器(13)通過USB電纜(17)互聯。
[0026]3.結合圖2，嵌入式處理平臺(3)上電，啟動VxWorks系統(1)，初始化水下雷射成像系統USB設備類驅動(6)、增強的網絡通信模塊(7)和水下雷射成像系統設備控制任務
(8)。
[0027]4.結合圖3和圖4，水下雷射器(2)上電，Vxfforks系統(I)檢測到設備連接並對其進行初始化。
[0028]5.結合圖5，水下雷射器控制算法(10)通過預估的目標方位和距離生成用於首次數據採集的水下雷射器系統參數。
[0029]6.結合圖5，水下雷射成像系統設備控制任務(8)將此系統參數轉換為水下雷射器控制命令，並調用水下雷射成像系統USB設備類驅動(6)將該命令發送給水下雷射成像系統(2 )。
[0030]7.結合圖2和圖3，水下雷射成像系統(2)根據收到的命令發射水下雷射，採集目標圖像並回傳給VxWorks系統(I)。
[0031]8.結合圖3，水下雷射成像系統設備控制任務(8)調用水下雷射成像系統USB設備類驅動(6)接收圖像數據，並利用水下雷射圖像處理算法(9)對其進行處理，得到結果圖像。若選擇擴展了 PC機(16)上的顯示軟體(18)，則結果圖像將通過增強的網絡通信模塊
(7)被發送給顯示軟體(18)進行實時成像。
[0032]9.結合圖5，水下雷射器控制算法(10)通過分析結果圖像生成新的系統參數，包括光圈大小、焦距、視角範圍、圖像增強程度、選通門開啟時刻以及視野深度。
[0033]10.結合圖5，對各系統參數進行編碼，生成新的水下雷射器控制指令，並交由水下雷射成像系統USB設備類驅動(6)發送給水下雷射成像系統(2)，從而啟動下一次數據採集。
[0034]10.若生成的新的水下雷射器系統參數與上一次的參數相同或差距在預先設定的範圍內，則認為已獲得目標的清晰圖像，停止自動探測，保存探測結果，否則繼續自動探測。
[0035]一種智能水下雷射探測系統，其組成包括=VxWorks嵌入式作業系統和水下雷射成像系統。水下雷射圖像數據由水下雷射成像系統採集；水下雷射成像系統與運行VxWorks嵌入式作業系統的嵌入式處理平臺[3]通過USB電纜互聯。進行擴展時，運行Vxfforks嵌入式作業系統的嵌入式處理平臺可通過網絡電纜與PC機互聯。
[0036]Vxfforks嵌入式作業系統包括=VxWorks內核和板級支持包BSP。其中板級支持包BSP含有水下雷射成像系統USB設備類驅動、增強的網絡通信模塊、水下雷射成像系統設備控制任務、水下雷射圖像處理算法以及水下雷射器控制算法[。Vxfforks內核[4]的工作載體是嵌入式處理平臺上的Pentium處理器，並保存在嵌入式處理平臺的擴展非易失存儲器上。
[0037]水下雷射成像系統包括:水下雷射發射器、水下雷射接收器以及通信控制器。其中通信控制器通過USB電纜與VxWorks嵌入式作業系統進行數據傳輸。
[0038]可選組件PC機包括=Windows系統以及顯示軟體。PC機可通過網絡電纜與Vxfforks嵌入式作業系統互聯。
【權利要求】
1.一種智能水下雷射探測系統，包括嵌入式處理平臺和水下雷射成像系統，其特徵在於:水下雷射圖像數據由水下雷射成像系統採集，水下雷射成像系統與運行VxWorkS嵌入式作業系統的嵌入式處理平臺通過USB電纜互聯，嵌入式處理平臺通過網絡電纜與PC機互聯。
2.根據權利要求1所述的一種智能水下雷射探測系統，其特徵在於:所述的VxWorks嵌入式作業系統包括VxWorks內核和板級支持包BSP，其中板級支持包BSP含有水下雷射成像系統USB設備類驅動、網絡通信模塊、水下雷射成像系統設備控制任務模塊、水下雷射圖像處理模塊以及水下雷射器控制模塊，Vxfforks內核的工作載體是嵌入式處理平臺上的Pentium處理器，並保存在嵌入式處理平臺的擴展非易失存儲器上。
3.根據權利要求1或2所述的一種智能水下雷射探測系統，其特徵是:所述的水下雷射成像系統包括水下雷射發射器、水下雷射接收器以及通信控制器，其中通信控制器通過USB電纜與VxWorks嵌入式作業系統進行數據傳輸。
4.根據權利要求3所述的一種智能水下雷射探測系統，其特徵是:所述的水下雷射發射器根據初始參數向可疑目標發射水下雷射；經目標反射回來的水下雷射由水下雷射接收器接收並形成原始圖像；該原始圖像數據通過通信控制器進入VxWorks嵌入式作業系統；水下雷射圖像處理模塊對該原始數據進行實時處理而形成結果圖像；該結果圖像被提交給水下雷射器控制模塊，水下雷射器控制模塊從結果圖像中提取目標信息生成改進的水下雷射器系統參數；水下雷射器系統參數被發送給水下雷射成像系統以再次獲取目標圖像，最終獲得清晰的水下目標圖像。
【文檔編號】G01S17/89GK103616697SQ201310652190
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】卞紅雨, 宋子奇, 張志剛, 徐慧, 劉東宇 申請人:哈爾濱工程大學