CN105068077A - 一种基于数据通信的潜艇水下搜索方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于数据通信的潜艇水下搜索方法，该方法包括：1)提供一种基于数据通信的潜艇水下搜索装置，所述搜索装置包括潜艇前端固定架、图像检测器件和超长波通信器件，所述图像检测器件位于所述潜艇前端固定架上，用于检测潜艇前端的水下是否存在人体，以便于潜艇通过所述超长波通信器件与水上平台传送人体相关信息；2)使用所述搜索装置来进行搜索。通过本发明，能够帮助潜艇搜救遗体或警告游客离开当前水域。
Description
技术领域
本发明涉及潜艇民用领域，尤其涉及一种基于数据通信的潜艇水下搜索方法。
背景技术
水下落水人员的搜索一般采用潜水员下潜或船舶巡航的方式去定位、识别和营救，但潜水员搜索的方式搜索区域有限，效率不高，船舶巡航的方式由于船舶无法深入水下，只能搜索邻近水面的部分水域，因此，上述二种方式都带有一定的局限性。
为此，本发明将潜艇民用范围扩大，提出了一种基于数据通信的潜艇水下搜索方法，采用能够深入水下任何水域位置的潜艇直接进行水下人员搜索，并采用了更高精度的图像识别技术和目标定位技术，以实现更准确、更及时的水下落水人员的检测。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于数据通信的潜艇水下搜索方法，在潜艇前端设置潜艇前端固定架上，搭载落水人员的检测设备，用于检测潜艇前端的水下是否存在人体，同时采用高精度的图像识别模式提高水下人体的检测效率，从而能够在水下任何水域快速有效地检测出落水人体。
根据本发明的一方面，提供了一种基于数据通信的潜艇水下搜索方法，该方法包括：1)提供一种基于数据通信的潜艇水下搜索装置，所述搜索装置包括潜艇前端固定架、图像检测器件和超长波通信器件，所述图像检测器件位于所述潜艇前端固定架上，用于检测潜艇前端的水下是否存在人体，以便于潜艇通过所述超长波通信器件与水上平台传送人体相关信息；2)使用所述搜索装置来进行搜索。
更具体地，在所述基于数据通信的潜艇水下搜索装置中，还包括：***件，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据；声光报警器件，与嵌入式处理器件连接，用于在接收到声光报警信号时，进行声光报警操作；静态存储器件，预先存储了人体灰度范围和各类人体基准模版，所述人体灰度范围用于将图像中的人体与背景分离，所述各类人体基准模版为对各类基准人体预先进行拍摄所得到的各个图像；水下摄像器件，设置在所述潜艇前端固定架上，包括半球形防水透明罩、辅助照明子器件、CMOS摄像头和超声波测距子器件，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子器件和所述CMOS摄像头，所述超声波测距子器件用于对前方目标测距以获得前方目标距离，所述辅助照明子器件为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；图像检测器件，设置在所述潜艇前端固定架上，包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件、散射光滤除子器件和目标识别子器件；所述自适应递归滤波子器件与所述CMOS摄像头连接，用于对所述水下图像执行自适应递归滤波处理，以滤除所述水下图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子器件与所述自适应递归滤波子器件连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子器件与所述中值滤波子器件连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子器件与所述尺度变换增强子器件连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述人体灰度范围内的所有像素组成人体子图像；所述散射光滤除子器件与所述目标分割子器件、所述超声波测距子器件和所述辅助照明子器件分别连接，以获得所述前方目标距离和所述辅助照明亮度，并基于所述前方目标距离和所述辅助照明亮度去除所述人体子图像中因为辅助照明子器件照射而在人体上形成的散射光成份，以获得清晰化人体子图像；所述目标识别子器件与所述散射光滤除子器件和所述静态存储器件分别连接，将所述清晰化人体子图像与各类人体基准模版逐一匹配，输出匹配成功的人体基准模版对应的人体类型作为目标人体类型；嵌入式处理器件，设置在所述潜艇前端固定架上，与所述***件、所述水下摄像器件、所述图像检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标人体类型时，将所述清晰化人体子图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩人体子图像，将所述压缩人体子图像、所述目标人体类型和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上平台；其中，所述嵌入式处理器件在接收到所述目标人体类型为遗体类型时，通过所述超长波通信器件向所述水上平台发送遗体报警信号，所述嵌入式处理器在接收到所述目标人体类型为非遗体类型时，发出声光报警信号。
更具体地，在所述基于数据通信的潜艇水下搜索装置中：所述声光报警器件包括水下音频播放子器件，用于在接收到所述声光报警信号时，播放报警音频文件。
更具体地，在所述基于数据通信的潜艇水下搜索装置中：所述声光报警器件包括发光子器件，用于在接收到所述声光报警信号时，按照预设频率进行闪烁报警。
更具体地，在所述基于数据通信的潜艇水下搜索装置中：所述声光报警器件与所述嵌入式处理器件集成在一块集成电路板上。
更具体地，在所述基于数据通信的潜艇水下搜索装置中：所述声光报警器件设置在所述潜艇前端固定架上。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于数据通信的潜艇水下搜索装置的结构方框图。
附图标记：1潜艇前端固定架；2图像检测器件；3超长波通信器件
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于数据通信的潜艇水下搜索装置的实施方案进行详细说明。
潜艇一般用于军事目的，但在平时战备时，也需要开发潜艇的民用用途，以对紧急情况应急，例如，当出现较大数量人员落水需要解救时。
现有技术中尚没有潜艇对落水人员搜索定位的技术方案，同时，现有技术中的水下人员检测机制效率不高，需要改进以提高人体识别的准确性的实时性。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于数据通信的潜艇水下搜索装置，将水下人体识别设备移植到潜艇前端，拓展潜艇的民用用途，使得潜艇能够在水下任何位置快速准确地检测到落水人员。
图1为根据本发明实施方案示出的基于数据通信的潜艇水下搜索装置的结构方框图，所述搜索装置包括潜艇前端固定架、图像检测器件和超长波通信器件，所述图像检测器件位于所述潜艇前端固定架上，用于检测潜艇前端的水下是否存在人体，以便于潜艇通过所述超长波通信器件与水上平台传送人体相关信息。
接着，继续对本发明的基于数据通信的潜艇水下搜索装置的具体结构进行进一步的说明。
所述搜索装置还包括：***件，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据。
所述搜索装置还包括：声光报警器件，与嵌入式处理器件连接，用于在接收到声光报警信号时，进行声光报警操作。
所述搜索装置还包括：静态存储器件，预先存储了人体灰度范围和各类人体基准模版，所述人体灰度范围用于将图像中的人体与背景分离，所述各类人体基准模版为对各类基准人体预先进行拍摄所得到的各个图像。
所述搜索装置还包括：水下摄像器件，设置在所述潜艇前端固定架上，包括半球形防水透明罩、辅助照明子器件、CMOS摄像头和超声波测距子器件，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子器件和所述CMOS摄像头，所述超声波测距子器件用于对前方目标测距以获得前方目标距离，所述辅助照明子器件为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像。
所述搜索装置还包括：图像检测器件，设置在所述潜艇前端固定架上，包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件、散射光滤除子器件和目标识别子器件；所述自适应递归滤波子器件与所述CMOS摄像头连接，用于对所述水下图像执行自适应递归滤波处理，以滤除所述水下图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子器件与所述自适应递归滤波子器件连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子器件与所述中值滤波子器件连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子器件与所述尺度变换增强子器件连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述人体灰度范围内的所有像素组成人体子图像；所述散射光滤除子器件与所述目标分割子器件、所述超声波测距子器件和所述辅助照明子器件分别连接，以获得所述前方目标距离和所述辅助照明亮度，并基于所述前方目标距离和所述辅助照明亮度去除所述人体子图像中因为辅助照明子器件照射而在人体上形成的散射光成份，以获得清晰化人体子图像；所述目标识别子器件与所述散射光滤除子器件和所述静态存储器件分别连接，将所述清晰化人体子图像与各类人体基准模版逐一匹配，输出匹配成功的人体基准模版对应的人体类型作为目标人体类型；嵌入式处理器件，设置在所述潜艇前端固定架上，与所述***件、所述水下摄像器件、所述图像检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标人体类型时，将所述清晰化人体子图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩人体子图像，将所述压缩人体子图像、所述目标人体类型和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上平台。
所述嵌入式处理器件在接收到所述目标人体类型为遗体类型时，通过所述超长波通信器件向所述水上平台发送遗体报警信号，所述嵌入式处理器在接收到所述目标人体类型为非遗体类型时，发出声光报警信号。
可选地，在所述基于数据通信的潜艇水下搜索装置中：所述声光报警器件包括水下音频播放子器件，用于在接收到所述声光报警信号时，播放报警音频文件；所述声光报警器件包括发光子器件，用于在接收到所述声光报警信号时，按照预设频率进行闪烁报警；所述声光报警器件与所述嵌入式处理器件集成在一块集成电路板上；所述声光报警器件设置在所述潜艇前端固定架上。
可选地，自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件、散射光滤除子器件和目标识别子器件可以分别采用不同的FPGA芯片来实现。
另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。***设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。
早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的***结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。
采用本发明的基于数据通信的潜艇水下搜索装置，针对现有技术中无法快速深入到任何海域位置进行人体检测的技术问题，改造潜艇的前端结构，将水下人体检测设备移植到潜艇前端，并提高水下人体识别和人体定位的设备精度，缩短水下人员救援的反应时间。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种基于数据通信的潜艇水下搜索方法，该方法包括：
1)提供一种基于数据通信的潜艇水下搜索装置，所述搜索装置包括潜艇前端固定架、图像检测器件和超长波通信器件，所述图像检测器件位于所述潜艇前端固定架上，用于检测潜艇前端的水下是否存在人体，以便于潜艇通过所述超长波通信器件与水上平台传送人体相关信息；
2)使用所述搜索装置来进行搜索。
2.如权利要求1所述的基于数据通信的潜艇水下搜索方法，其特征在于，所述搜索装置还包括：
***件，包括惯性导航定位子器件和水声导航子器件，使用所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件进行联合定位，基于所述惯性导航定位子器件和所述水声导航子器件的输出，确定所述潜艇的当前定位数据；
声光报警器件，与嵌入式处理器件连接，用于在接收到声光报警信号时，进行声光报警操作；
静态存储器件，预先存储了人体灰度范围和各类人体基准模版，所述人体灰度范围用于将图像中的人体与背景分离，所述各类人体基准模版为对各类基准人体预先进行拍摄所得到的各个图像；
水下摄像器件，设置在所述潜艇前端固定架上，包括半球形防水透明罩、辅助照明子器件、CMOS摄像头和超声波测距子器件，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子器件和所述CMOS摄像头，所述超声波测距子器件用于对前方目标测距以获得前方目标距离，所述辅助照明子器件为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；
图像检测器件，设置在所述潜艇前端固定架上，包括自适应递归滤波子器件、中值滤波子器件、尺度变换增强子器件、目标分割子器件、散射光滤除子器件和目标识别子器件；所述自适应递归滤波子器件与所述CMOS摄像头连接，用于对所述水下图像执行自适应递归滤波处理，以滤除所述水下图像中的高斯噪声，获得自适应递归滤波图像；所述中值滤波子器件与所述自适应递归滤波子器件连接，用于对所述自适应递归滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述自适应递归滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子器件与所述中值滤波子器件连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子器件与所述尺度变换增强子器件连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述人体灰度范围内的所有像素组成人体子图像；所述散射光滤除子器件与所述目标分割子器件、所述超声波测距子器件和所述辅助照明子器件分别连接，以获得所述前方目标距离和所述辅助照明亮度，并基于所述前方目标距离和所述辅助照明亮度去除所述人体子图像中因为辅助照明子器件照射而在人体上形成的散射光成份，以获得清晰化人体子图像；所述目标识别子器件与所述散射光滤除子器件和所述静态存储器件分别连接，将所述清晰化人体子图像与各类人体基准模版逐一匹配，输出匹配成功的人体基准模版对应的人体类型作为目标人体类型；
嵌入式处理器件，设置在所述潜艇前端固定架上，与所述***件、所述水下摄像器件、所述图像检测器件和所述超长波通信器件分别连接，用于在接收到所述目标人体类型时，将所述清晰化人体子图像进行基于MPEG-4压缩标准的图像压缩编码，以获得压缩人体子图像，将所述压缩人体子图像、所述目标人体类型和所述当前定位数据通过所述超长波通信器件发送到水上平台；
其中，所述嵌入式处理器件在接收到所述目标人体类型为遗体类型时，通过所述超长波通信器件向所述水上平台发送遗体报警信号，所述嵌入式处理器在接收到所述目标人体类型为非遗体类型时，发出声光报警信号。
3.如权利要求2所述的基于数据通信的潜艇水下搜索方法，其特征在于：
所述声光报警器件包括水下音频播放子器件，用于在接收到所述声光报警信号时，播放报警音频文件。
4.如权利要求2所述的基于数据通信的潜艇水下搜索方法，其特征在于：
所述声光报警器件包括发光子器件，用于在接收到所述声光报警信号时，按照预设频率进行闪烁报警。
5.如权利要求2所述的基于数据通信的潜艇水下搜索方法，其特征在于：
所述声光报警器件与所述嵌入式处理器件集成在一块集成电路板上。
6.如权利要求2所述的基于数据通信的潜艇水下搜索方法，其特征在于：
所述声光报警器件设置在所述潜艇前端固定架上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20151118 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |