技术领域
[0001] 本
申请涉及
图像处理领域，特别涉及一种水下管道的检漏方法、系统及相关装置。
背景技术
[0002] 国内外如今正在大
力研究水下管道的漏点检测问题，方案日益成熟。有的方案针对于传送物质的物理化学性质进行监测，如管道内的压力、流量和流速等。有的方案试图捕获管道
泄漏点周围发生的震动进行判断。还有方案则是利用水下
机器人进行监测，实时对管道周围的图像进行分析从而得到结果。
[0003]
现有技术中，通常包括两种检测方法，第一种是采用分布式光纤传感技术进行监测，第二种是采用前视声呐进行检测。但分布式光纤传感的方法来检测管线的泄漏，该方法目前只见在实验室环境下进行了测试，该方案利用OTDR和瑞利散射技术，可以检测出水下管道的漏点，但是该技术对光纤长度有一定的限制，且光纤贴在管道表面很容易受到水流的影响，非常容易产生震动引起的误判，并且
分辨率不是很高，技术还不是十分成熟。使用声呐的方法对管道泄漏进行检测，该方法成像方式分辨率不高，且无法得到彩色的图像，可开发功能较少。
发明内容
[0004] 本申请的目的是提供一种水下管道的检漏方法、检漏系统、一种计算机可读存储介质和一种水下管道的检漏水下机器人，能够提高提高检测准确度和检测效率。
[0005] 为解决上述技术问题，本申请提供一种水下管道的检漏方法，具体技术方案如下：
[0006] 利用CCD图像
传感器获取所述水下管道的检测图像；
[0007] 将所述检测图像进行滤波处理，并生成所述检测图像对应的数字
信号；
[0008] 采用
帧间差分法对所述
数字信号逐帧进行数据检测，以判断所述数字信号中是否存在包含可疑泄漏点的图像帧；
[0009] 若是，确定所述水下管道发生泄漏。
[0010] 其中，利用CCD图像传感器获取所述水下管道的检测图像包括：
[0011] 控制水下机器人以45度
角拍摄所述水下管道，获取检测图像。
[0012] 其中，若当前图像帧不包含可疑泄漏点，还包括：
[0013] 将所述当前图像帧更新至背景，继续利用帧间差分法对未检测的图像帧进行数据检测。
[0014] 其中，若所述数字信号中不存在包含可疑泄漏点的图像帧，还包括：
[0015] 根据所述检测图像确定水下机器人的移动方向，以使所述水下机器人沿所述移动方法移动，并对所述水下管道执行如上所述的检漏方法的步骤。
[0016] 其中，根据所述检测图像确定水下机器人的移动方向，以使所述水下机器人沿所述移动方法移动包括：
[0017] 对所述检测图像进行二值化处理和
边缘检测；所述检测图像的长为X
像素，宽为Y像素；
[0018] 对所述检测图像中任意一个坐标设定根据若干不同极径和极角值得到若干条不同
相位和幅度的正弦曲线；其中，所述正弦曲线的交点表示所述正弦曲线对应的坐标经过同一条直线；
[0019] 根据所述直线上交点的数量确定所述检测图像的两条边缘线，并计算第一预设
位置处两条所述边缘线间的实际距离；
[0020] 当所述实际距离大于第一预设值，所述水下机器人上升；
[0021] 当所述实际距离小于第二预设值，所述水下机器人下降；
[0022] 当所述实际距离小于所述第一预设值且大于所述第二预设值，所述水下机器人保持当前运动高度不变；
[0023] 根据两条所述边缘线和同一预设像素点取像素值确定所述水下管道的中心线，计算所述中心线上第二预设位置处的坐标值；
[0024] 当所述坐标值大于左偏
阈值，所述水下机器人向左侧行驶；
[0025] 当所述坐标值大于右偏阈值，所述水下机器人向右侧行驶；
[0026] 当所述坐标值位于预设阈值范围内，所述水下机器人保持当前运动方向不变。
[0027] 本申请还提供一种水下管道的检漏系统，包括：
[0028] 获取模
块，用于利用CCD图像传感器获取所述水下管道的检测图像；
[0029] 图像处理模块，用于将所述检测图像进行滤波处理，并生成所述检测图像对应的数字信号；
[0030] 检测模块，用于采用帧间差分法对所述数字信号逐帧进行数据检测，以判断所述数字信号中是否存在包含可疑泄漏点的图像帧；
[0031] 确定模块，用于若所述检测模块确定所述数字信号中存在包含可疑泄漏点的图像帧，确定所述水下管道发生泄漏。
[0032] 其中，所述获取模块包括：
[0033] 获取单元，用于控制水下机器人以45度角拍摄所述水下管道，获取检测图像。
[0034] 其中，还包括：
[0035] 更新模块，用于若当前图像帧不包含可疑泄漏点，将所述当前图像帧更新至背景，继续利用帧间差分法对未检测的图像帧进行数据检测。
[0036] 本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有
计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的检漏方法的步骤。
[0037] 本申请还提供一种水下管道的检漏水下机器人，包括
存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现如上所述的检漏方法的步骤。
[0038] 本申请提供一种水下管道的检漏方法，包括：利用CCD图像传感器获取所述水下管道的检测图像；将所述检测图像进行滤波处理，并生成所述检测图像对应的数字信号；采用帧间差分法对所述数字信号逐帧进行数据检测，以判断所述数字信号中是否存在包含可疑泄漏点的图像帧；若是，确定所述水下管道发生泄漏。
[0039] 本申请利用光学成像图像处理的检测方法对水下管道泄漏点进行检测，采用帧间差分法对所述数字信号逐帧进行数据检测，检测分辨率高、地点检测准确，提高了泄漏检测准确度，相较于分布式光纤传感的方法大大减少了误判率。本申请还提供一种水下管道的检漏系统、一种计算机可读存储介质和一种水下管道的检漏水下机器人，具有上述有益效果，此处不再赘述。
附图说明
[0040] 为了更清楚地说明本申请
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0041] 图1为本申请实施例所提供的一种水下管道的检漏方法的
流程图；
[0042] 图2为本申请实施例所提供的一种水下管道的检漏系统结构示意图。
具体实施方式
[0043] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0044] 请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种水下管道的检漏方法的流程图，该检漏方法包括：
[0045] S101：利用CCD图像传感器获取所述水下管道的检测图像；
[0046] 本步骤使用CCD(charge-coupled device，电荷
耦合器件)传感器对图像进行获取。
光源照射物体时，反射的光携带着物体表面的信息经过透镜组的放大之后进入CCD(电荷耦合器件)传感器的感光面，感光面上的微小像元根据输入的不同光强产生强度不同的
电信号完成光电信号的转换。电信号通过
模数转换器之后经过储存就形成了一张张图像。
[0047] 具体的，在获取检测图像时，可以控制水下机器人以45度角拍摄所述水下管道，以获取检测图像。45度角指的是水下机器人与拍摄区域的连线与水下管道呈45度角。拍摄时，由于水下的特殊环境，通常还需要给予辅助光源，用以补光使得更多的管道表面特征信息被采集到。容易理解的是，采集水下管道图像时需要利用镜头，优选的，本申请可以利用透镜组进行水下管道的
图像采集。透镜组由多片镜片组成，可以对物体表面进行放大，使生成的图像更加清晰，图像处理结果的准确性大大提高。因此，使用CCD图像传感器默认包含相应的镜头，在此对于镜头的类型、数量及规格均不作限定。当然还可以有其他获取检测图像的方式，在此不一一作限定。
[0048] S102：将所述检测图像进行滤波处理，并生成所述检测图像对应的数字信号；
[0049] 本步骤旨在将CCD图像传感器传递来的信号进行简单的滤波处理，使用模数转换器技术生成图像的数字信号。需要注意的是，CCD对镜头采集到的图像根据光强的变化生成不同
电压大小的信号，因此，对检测图像进行滤波处理实际上是对不同电压大小的信号进行滤波处理，再使用模数转换器技术生成检测图像对应的数字信号。
[0050] S103：采用帧间差分法对所述数字信号逐帧进行数据检测，以判断所述数字信号中是否存在包含可疑泄漏点的图像帧；若是，进入S104；
[0051] 帧间差分法是一种通过对视频
图像序列中相邻两帧作差分运算来获得目标轮廓的方法，管道的背景通常是相对稳定的。
[0052] 采集一帧图像作为帧间差分
算法的背景图像，隔几帧再采集图像作为当前的图像，使其与背景图像做帧间差分算法处理。根据统计差分后图像的直方图选取阈值并进行二值化处理，得到感兴趣区域及其相关信息。
[0053] 若当前图像帧不包含可疑泄漏点，将当前图像帧更新至背景，继续利用帧间差分法对未检测的图像帧进行数据检测。如果发现有可疑的泄漏点，则保留当前的背景图像。当用帧间差分法所得到的感兴趣区域面积大于设定阈值时，处理器会给出该点发生油气泄漏的判断结果。
[0054] S104：确定所述水下管道发生泄漏。
[0055] 一旦检测到图像帧中存在可疑的泄漏点，可疑及时对是否出现泄漏情况进行实时检测，确认泄漏则可以进行通讯报警，以及时止损。
[0056] 本申请利用光学成像图像处理的检测方法对水下管道泄漏点进行检测，具有分辨率高、地点检测准确等优点。相较于分布式光纤传感的方法大大减少了误判率。
[0057] 基于上述实施例，作为优选的实施例，若数字信号中不存在包含可疑泄漏点的图像帧，还包括：
[0058] 根据检测图像确定水下机器人的移动方向，以使水下机器人沿移动方法移动，并对水下管道执行如上的检漏方法的步骤。
[0059] 具体的，根据检测图像确定水下机器人的移动方向，以使水下机器人沿移动方法移动可采用如下方法：
[0060] 对检测图像进行二值化处理和边缘检测；检测图像的长为X像素，宽为Y像素；
[0061] 对检测图像中任意一个坐标设定根据若干不同极径和极角值得到若干条不同相位和幅度的正弦曲线；其中，正弦曲线的交点表示正弦曲线对应的坐标经过同一条直线；
[0062] 根据所述直线上交点的数量确定所述检测图像的两条边缘线，并计算第一预设位置处两条所述边缘线间的实际距离；
[0063] 当所述实际距离大于第一预设值，所述水下机器人上升；
[0064] 当所述实际距离小于第二预设值，所述水下机器人下降；
[0065] 当所述实际距离小于所述第一预设值且大于所述第二预设值，所述水下机器人保持当前运动高度不变；
[0066] 根据两条所述边缘线和同一预设像素点取像素值确定所述水下管道的中心线，计算所述中心线上第二预设位置处的坐标值；
[0067] 当所述坐标值大于左偏阈值，所述水下机器人向左侧行驶；
[0068] 当所述坐标值大于右偏阈值，所述水下机器人向右侧行驶；
[0069] 当所述坐标值位于预设阈值范围内，所述水下机器人保持当前运动方向不变。
[0070] 在此对于第一预设值、第二预设值、左偏阈值、右偏阈值和预设阈值均不作限定。第一预设位置和第二预设位置用于对照使用，并非固
定位置，可由本领域技术人员自由设定。下文均以Y/2处为例进行说明。
[0071] 设处理器得到的图像的长为X像素，宽为Y像素，当获取一帧图像时，对图像首先进行二值化处理和边缘检测。设一条直线在极
坐标系内的极径和极角分别为r和θ，根据直线公式
[0072] r＝xcosθ+ysinθ
[0073] 对于任意坐标点x0、y0均可根据不同的r和θ的值形成一条条曲线，任意一对坐标点在r和θ平面内可以形成一条这样的正弦曲线。对图像内所有的像素点进行操作就能得到多条不同相位和幅度的正弦曲线，它们的交点就代表曲线所对应的坐标点经过同一条直线，只需要设置直线上点数量的阈值就可以成功检测到图像中丝线的两条边缘曲线，即水下管道的两条边缘线。
[0074] 该边缘线可能是直线也可能是曲线，两线间的距离等于水下管道的直径。以Y/2处的两线距离作为当前水下机器人距离水下管道的参照点，将该数值与预定好的管道直径进行对比。
[0075] 如果两线距离超出大于预定值的阈值，水下机器人则应上升。
[0076] 如果两线距离超出小于预定值的阈值，水下机器人则应下降。
[0077] 如果两线距离在所设定的阈值范围之间，水下机器人则保持原状态继续前进。
[0078] 将两条边缘曲线同一Y坐标的像素点取平均值则得到了一条水下管道的中心线，取Y/2处的中心点作为水下机器人偏离水下管道的参照点。
[0079] 如果该中心点的值超出向左偏离的阈值，水下机器人向左侧行驶。
[0080] 如果该中心点的值超出向右偏离的阈值，水下机器人向右侧行驶。
[0081] 如果该中心点的值在所设定的阈值范围之间，水下机器人则保持原状态继续前进。
[0082] 下面对本申请实施例提供的一种水下管道的检漏系统进行介绍，下文描述的检漏系统与上文描述的水下管道的检漏方法可相互对应参照。
[0083] 本申请还提供一种水下管道的检漏系统，包括：
[0084] 获取模块100，用于利用CCD图像传感器获取所述水下管道的检测图像；
[0085] 图像处理模块200，用于将所述检测图像进行滤波处理，并生成所述检测图像对应的数字信号；
[0086] 检测模块300，用于采用帧间差分法对所述数字信号逐帧进行数据检测，以判断所述数字信号中是否存在包含可疑泄漏点的图像帧；
[0087] 确定模块400，用于若所述检测模块确定所述数字信号中存在包含可疑泄漏点的图像帧，确定所述水下管道发生泄漏。
[0088] 基于上述实施例，作为优选的实施例，所述获取模块100包括：
[0089] 获取单元，用于控制水下机器人以45度角拍摄所述水下管道，获取检测图像。
[0090] 基于上述实施例，作为优选的实施例，还包括：
[0091] 更新模块，用于若当前图像帧不包含可疑泄漏点，将所述当前图像帧更新至背景，继续利用帧间差分法对未检测的图像帧进行数据检测。
[0092] 本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：U盘、移动
硬盘、
只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、
随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0093] 本申请还提供了一种水下管道的检漏水下机器人，可以包括存储器和处理器，所述存储器中存有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述水下管道的检漏终端还可以包括各种网络
接口，电源等组件。
[0094] 除水下机器人意外，还可以包括光源、透镜组、CCD(电荷耦合器件)图像传感器、
信号处理器、存储器、处理器和通讯报警模块。CCD(电荷耦合器件)图像传感器得到图像之后将信号传送给信号处理器，信号处理器生成图像后储存在存储器中，处理器从存储器中获得图片进行图像处理，如果检测到异常情况立刻进行通讯报警。CCD(电荷耦合器件)图像传感器和光源以45°角度拍摄水下管道，将图像信息传给处理器，处理器对图像进行分析，判断是否存在油气漏点并且给出驱动系统合适的指令，完成巡航和漏点检测。
[0095] 水下机器人作为装置搭载器，由
外壳和驱动其运动的装置组成。
[0096] 光源的作用是对物体表面进行照明，使光可以携带更多的物体表面特征信息进入到透镜组之中，提高图像的生成
质量。
[0097] 透镜组由多片镜片组成，可以对物体表面进行放大，使生成的图像更加清晰，图像处理结果的准确性大大提高。
[0098] CCD(电荷耦合器件)图像传感器的作用是将感光面上接收到的
光信号根据其光强的变化生成不同大小电压的信号，并将信号传递出去。
[0099] 信号处理器获得CCD(电荷耦合器件)图像传感器传递来的信号之后进行简单的滤波处理，使用模数转换器技术生成图像的数字信号。
[0100] 存储器将一张张图片的数字信号进行储存，方便处理器的读取。
[0101] 处理器从存储器中对图片进行逐帧的图像处理，对是否出现泄漏情况进行实时检测，如果泄露则立刻发送信息给通讯报警模块
[0102]
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0103] 本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请
权利要求的保护范围内。
[0104] 还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
