水下图像目标识别的预处理综述

水下图像目标识别的预处理综述水下图像目标识别的预处理综述水下图像目标识别的预处理综述【关键词】目标识别；水下图像；预处理0、引言自主式水下机器人（AUV-AutonomousUnderwater）是水下图像采集的复杂性：1、江、河、海洋等水体环境复杂。水体流动噪声的波纹、浮游生物以及水中微粒等都会造成成像背景不单一，总会有噪声出现。2、光源不稳定。入射到摄像头里面的光会因不同类型的物体在水下反射在水下的反射程度不同而不均匀。3、所采集到的图像是三维景物的二维投影，所以一幅图像本身不具备完全复现三维景物的全部几何信息的能力，造成空间几何失真。在对国内外大量的相关文献进行查阅的基础上别主要采取的方法有以下几个方面1）数理统计方法的应用（）神经网络方法的应用；（3）（4）（5）v随机场模型理论应用到识别领域。待识别目标待识别目标图像滤波边缘提取选取特征量识别判断输出结果目标识别的流程框图1、图像预处理概述传统的图像处理技术主要针对数字图像信息变换过程，如获取、变换、增强、恢复（还原、压缩、分割和边缘提取等几个方面开展工作，随着新工具和新手段的不断出现，这些水下图像特点由于水的光学特性的作用，典型的水下图像有如下几个特点：(1)水对光的吸收作用给水下彩色摄象带来很大的困难，通常只能在距离目标l-2m进行拍摄才能避免色彩的丢失，因此在水下中远距离目标摄象多会采用灰度图像的成像方式。(2)照明设备一般为点光源，为会聚光照明,其强弱有着较大的差异，以光源最强的点为中心，径向逐渐减弱,通常反映到图像上为背景灰度不均匀[4]。不良的照明条件还会使得水下图像质量变差,如出现假细节、自阴影、假轮廓等。(3)水体本身的性质和悬浮体、活性有机体的存在，造成水下图像的照度不均、对比度低、噪声明显等问题。空间域图像处理灰度变换灰度修改运算是针对图像中的点运算,只针对像素的灰度进行修改，而不改变其位置。灰度变换可以描述为用一个变换函数T()，将原始灰度图像f(x,y)转化为输出图像g(x,y)，即：g(x,y)T[f(x,y)]且实现简单。根据变换函数T),灰度变换又可分为线性变换、分段线性变换和非线性变换。现阶段，图像噪声滤波方法较常用的有带通滤波法、低通滤波法、平滑滤波、均值滤波、锐化滤波、中值滤波等等。（1）作为图像预处理，滤波的目的就是为了使输出结果更加适合后面的进一步处理，包括边缘提取，图像分割等等。（2）当把它应用于图像后处理阶段，主要目的是用于图像的复原和重建，使图像的视觉效果经过处理后能够满足观察或者识别的需求等。直方图均衡化和规定化以改善视觉效果。(HE,Histogram也是一种最早最常用的图像增强方法，它的基的缺点，人们提出了一种自适应方法局部直方图均衡化(LAHE,LocalAreaHistogramLAHEHE对整张图像采用同种变换的缺点，具有良好的处理结果，但其效率却极其低下。PizerM和AmbtrmP等人提出了使用插值方法来改进LAHE的运算效率。R.DaleJone在针对LAHE采用固定相关区域大小的不足，提出了一种能够动态确定矩形窗口大小的直方图均衡化方法。空域滤波由像素组成的空间称为空域，空域的处理一般是在图像空间中借助模板进行邻域操作。(xy，空域处理表达式为：g(x,y)T[f(x,y)]其中T()为对点(x,y)邻域内进行处理的函数。空域滤波原理空域处理的原理如上图所示，,其处理步骤为：(1)在待处理的图像中逐点移动模板，将模板的中心与像素点位置重合。(2)对于线性空域滤波，其响应R由滤波器系数和滤波器当前扫过区域响应像素的乘积和,如上图所示，其响应R为:Rw(1,1)f(x1,y1)w(1,0)f(x1,y) w(1,1)f(x1,y1)响应R为结果图像在(x,_y)位置的灰度。频域图像处理基本概念f(x,y，其傅立叶变换为F(uv，通常F(uv的高频分量反映到图像中H(uv)F(uv进行调整对调整后的频谱成分作傅立叶逆变换则得增强后的结果图像这就是频域增强的基本过程，可用流程图简单的描述如下。f(,y)FFu,v)(uv)Gu,v)DFg(,y)滤波H(uv)非常重要。对于需要保留的频率分量，可以令对应的H(u,v)等于1或增加其系数；对于需要抑制或衰减的频率分量，则将传递函数H(u,v)置零或取接近于0的常数。MN的图像f(x,y,使用模板f(x,y进行空域滤波的过程可表示为空域卷积运算：f(x,y)h(x,y)

1 1N1MNm0n0

f(m,n)h(xm,yn)(xyh(xyF(xy)H(xy(xy)h(xy和F(xyH(xy组成一傅立叶变换对，即：f(x,y)h(x,y)F(u,v)H(u,v)f(x,y)h(x,y)F(u,v)H(u,v)f(x,yF(uvF(uv可通过下式求g(xy：g(x,y)F1[F(u,v)H(u,v)]低通滤波、高通滤波、同态滤波、带通和带阻滤波等都是常用的频域增强方法。低通滤波高通滤波与低通滤波相反，高通滤波器是为了衰减和抑制低频分量，让高频分量通过滤波器,即下面关系式给出：

H (u,v)1H (u,v)hP lP同态滤波解决光照问题和突出细节信息。(Homomorphic1969OppenheimFries同态滤波尽管能够较好的保持图像的整体面貌RafaelGarcia下图为同态滤波结果。同态滤波结高斯高通滤波, D0 50)2、图像预处理研究实验结果3、总结本文首先讨论了水的对光的吸收和散射特性等因素对水下图像的影响参考文献[1]MallatS.MultiresolutionapproximationandwaveletorthonormalbasesofL2(R).Trans.Amer.Math.Soc.1989.9,315:68~87[2]冈萨雷斯,阮秋琦译.数字图像处理(第二版),北京:电子工业出版社,2003XuYansun,etal.Wavelettransformdomainfilters:aspatiallyselectivenoisefiltrationtechnique.IEEETransactionImageProcessing,1994,3(6):747~758R.Garcia,T.NicoseviciandX.Cufi.Onthewaytosolvelightingproblemsinunderwaterimaging.IEEEOCEAN,2002,10:1018~1024[5].[].,2008徐义[].,2013XuefeiLiu,etal. ARapidWeightedMedianFilterbasedonSaliencyRegionforUnderwaterImageDenoising.,IEEEOCEAN,2015水下爆破施工作业指导书一、水下爆破施工工艺流程：爆孔设计→锚定钻孔作业平台 →移机就位→确定孔深→钻孔→成孔冲洗→测量验孔→装药→连线→平台撤离（同时封锁航道和陆路交通）环。二、施工方法1、钻孔作业平台设计

起爆→解除警戒→清渣→下施工循为顺利实施石方开挖工程水下爆破的施工任务，因地制宜就近制作了简易钻爆作业平台船（166。作业平台可采用钢体驳船组装，两船间距 5。通过槽钢、工字钢将两船焊接为一双体船。钻机由脚手架钢管铰接固定在平台上，组成钻机作业平台，可供4台潜孔钻机工作之用。为加快钻机就位速度，钻机平台可沿槽钢轨道滑动移位。钻孔时，利用全站仪进行测量定位，指挥钻机船锚泊定位，做到钻孔定位准确，防止漏钻和叠钻。根据当天当时的水位、设计水深及超深值计算该点的钻孔深度。施工时要按要求钻到所需求深度以避免二次爆破。2、钻爆技术措施（1）水下爆破采用垂直钻孔作业。其优点是钻孔定位易于控制，简便操作，利于装药，提高工效。水下爆破工程钻孔机具计划选用 KSZ－100型地质钻，孔径 。为了确保开挖达到设计的深度，钻孔应有一定的超钻深度，考虑到保护桥墩基础基岩的持力层，超钻深度取0.5m。（2）火工品的品种及防水。选用具有防水性能良好的乳化炸药，由 Φ80mm塑料包装。非电雷管用环氧树脂灌封后，再用防水白粘胶布密封。起爆网络采用微差复式起爆网络，以确保传爆的准确性。（3）每船（平台）可钻4排共24个炮孔，一般一个船次为一爆破区域， 当钻孔完毕后，利用潜水员进行集中装药，装药时应注意对雷管脚线的保护。为了确保安全，用粗砂将炮孔堵满，防止冲炮。在每只爆孔孔口用砂袋封口覆盖，砂袋系一浮球露出水面，其作用有：①作为爆破孔位标记，便于集中装药；②装药后便于连接导爆管脚线，形成起爆网络。（4）导爆管的放置。在水中放置浮胎，使其锚定地飘浮在水面上，将

爆管按绑在一只轮胎上，按照 从后到前的顺序将轮胎上的导爆管用同段非电雷管连接起来，为了不使传爆雷管将其他导爆管炸断造成拒爆现象，连接时应将雷管置于浮胎上面，并用泡沫盒包住扎紧，不能浮在水面随波漂移。3、布孔方式和孔网参数水下炮孔布置原则上越简单越好。本工程水下爆破次采用水下浅孔爆破，采用矩形钻孔排列方式，孔距 排距2.0m，最小抵抗线为1.5m，实际施工过程时应根据岩层和厚度等情况做适当调整。4、装药量计算考虑到水下砼爆破时需克服的水体阻力， 因此其装药量计算包括破碎砼所必须的能量和克服阻力所作的功，水下爆破的炸药单耗较陆地爆破大，根据该工程水下砼性质判断分析，结合水下爆破产生的水中冲击波的危险半径考虑，炸药单耗控制在／m3左右。5、起爆设计

1.0～1.2kg采用电雷管起爆导爆管雷管、导爆管雷管引爆炸药的起爆网路。即用导爆管并串联网络，采用1段非电雷管将各个炮孔内雷管连接起来，为了确保每个孔的准爆，每孔装2发非电雷管。6、水下炮孔的施工程序（1）测定孔位。依照水下爆破地形图，采用全站仪和测绳等工具测定孔位。拉动缆绳将钻机对准孔位，开钻前将四周缆绳拉紧，抛锚就位，钻孔过程中不能让平台移位。（2）钻孔。按照设计的炮孔深度进行钻孔，做到准、直、平。（3）装炸药。在钻孔达到设计标高后，拔出钻具后由潜水员将带有雷管的炸药装至设计高程。装药一定要装到孔底，并用砂子堵塞炮孔。7、爆破注意事项（1）钻完每炮次设计工作量后，即进行装药、联线。（2）起爆网络。采用复式非电起爆网络，为了确保每个孔的准爆，每孔装

2发非电雷管。（3）火工品的品种及防水。选用具有防水性能的乳化炸药，并用塑料袋包好。8、水下清渣利用人工配合挖渣船清渣。驳船上的石渣上岸后通过装载机配合人工就近堆放和平整，无法就地处理的部分石渣运至指定堆弃场。9、水下爆破主要参数及计算（1）最小抵抗线（2）台阶高度：H＝1.5m

ω1.5m。（3）超（4）孔（5）孔（6）排

l＝0.5mL＝Hl＝2m距：a＝2m距：b＝2m多排炮孔布置为矩形方式，采用微差起爆。（单孔装药量：Q=qabHH=2m。Q=qabH=1.2=8kg10、水下爆破安全校核水下爆破所产生的危害表现为爆破地震效应和水中冲击波效应。（1）爆破振动速度计算式中：V—介质质点振动速度，Q—装药量（齐发爆破的总药量；毫秒微差爆破或秒差爆破时取最大一段装药量）R—爆源至被保护物的距离， m；K—与介质性质、爆破方式等因素有关的系数；

，kg；为保证安全该工程计算取： K＝250、、则爆破振动速度如下表：表3 不同装药量爆破产生的爆破振动速度值Q（kg）8162432

爆破振动速度值v（cm/s）0.390.550.670.77为确保原某大桥的绝对安全，最大一段齐爆药量控制在于100ms。（2）水中冲击波计算按照《爆破安全规程》的第 6.36条规定：

25kg以内，各段微差时间不小6.3.6在水深不大于30m的水域内进行水下爆破，水中冲击波的安全允许距离，下列规定。对人员：按表 4确定。表4 对人员的水中冲击波安全允许距离

应遵守装药及人员状况钻孔或药室装药/m 游泳潜水

≤50500600

/kg＞200700900

＞200～≤100011001400对船舶：客船1500m。施工船舶：按表 5确定。非施工船舶：可参照表 5和式(4)根据船舶状况由设计确定。表5 对施工船舶的水中冲击波安全允许距离装药及人员状况

≤50

炸药量/kg＞50～≤200

＞1000钻孔或药室装药/m木船100150250三、爆破时间安排铁船70100150为保证工程正常施工，确保人民的生命和财产安全，结合工程的实际情况，对每天的爆破时间根据施工实际情况进行统一安排。四、 质量保证措施此项施工方案为专项施工方案，在实施《某大桥施工组织设计》中关于质量保证措施基础上，我们强调以下几项措施：（一、建立工程质量保证组织机构 :1．服从业主、监理工程师及主管部门的监督和指导。2．成立以项目经理为组长，总工程师、项目副经理为副组长的质量管理体系领导小组，组员包括质检工程师、测量工程师、现场施工负责人、施工队长等，负责工程总体质量控制。3．配备足量的技术人员，严格按照自检、互检和交接检的工艺流程组织施工。4．质量检查程序（1）尊重和绝对服从监理工程师及其代表，根据合同条款要求，在工程师及其代表监督和指导下施工，并如实向监理工程师汇报进度和质量情况。（2）建立形成文件的检验和试验程序，按程序规定对施工全过程进行检验和试验，并按程序规定的种类、格式和方法予以记录、归档。（3）测量组拟定施工测量实施方案，负责控制网点的自检、施工全过程中的测量放样及测量验收工作，交工程师进行审核。（4）每一工序完工后，应及时对施工场地进行清理，以免残留物对下道工序产生质量影响。（5）严格按部颁标准及技术规范要求分项分单元整理并保存各原始资料。（6）单项工程完成后，质量检查流程图如下：第五章 安全施工保证措施施工过程中应严格控制钻孔、装药等各流程，以避免爆炸给周边环境和建筑物带来灾难性后果。具体措施如下：(二)、确定安全生产目标和安全防范要点根据本工程特点，安全防范重点有以下几个方面：1、防人员溺水事故；2、防爆炸及其影响事故；、防触电电击事故；、防机械伤害事故；、防水上交通事故。(三)、保证安全的组织措施

原则，采取安全技术措施，确保施工安全。针对工程特点，对所有从事管理和生产的人员进行全面的安全教育， 重点对专（兼）职安全员、施工班组长、从事特种作业的起重工、爆破工、电工、焊接工、机械工、场内机动车辆驾驶以及新工上岗、工人变岗和改变工艺等进行培训教育。（2）对从事施工管理和生产的人员，未经安全教育不准上岗；新工人（含民工、临时工）未进行三级教育的不准上岗；变换工种或采用新技术、新工艺、新设备、新材料没有进行培训不准上岗。（3）特种工种的操作人员的安全教育、考核、复验，严格按照《特种作业人员安全技术考核管理规定》执行。经过培训考核合格，获取操作证方能持证上岗。对已取得上岗证的特种作业人员，要进行登记存档，对上岗证要按期复审，并要设专人管理。（4）通过安全教育，增强职工安全意识，树立 安全第一、预防为主 的思想，掌握本岗位生产知识和安全操作技能；提高职工遵守施工安全纪律的自觉性，认真执行安全操作规定，做到：不违章指挥、不违章操作、不伤害自己，不伤害他人，不被他人伤害，达到提高职工整体安全防护意识和自我防护能力。8．认真执行安全检查制度项目部要保证检查制度的落实，要规定定期检查日期，参加检查的人员，经理部每旬进行一次；作业班组每天进行一次，非定期检查应视工程情况如施工准备前， 施工危险性、采取新工艺、季节性变化、节假日前后等要进行检查，并要有领导值班，对检查中发现的安全问题，按照三不放过的原则制定整改措施，定人限期进行整改，保证 管生产必须管安全”的原则真正落实。9．事故报告制度（1）无论何时，一旦发生危害工程安全、工程进度、工程质量事故时，除采取必要的抢救措施以外，必须立即暂停此项目和与之有关的项目施工。（2）事故发生后，承包人必须以最快的方式，将事故的简要情况报监理工程师。在监理工程师初步确定安全、质量事故的类别性质后，按要求上报业主和有关部门。（3）监理工程师视察了事故现场后立即上报并提出处理意见，承包人应按照监理工程师指示消除事故产生的危害和影响，并查明事故原因。在查明事故原因以后的 7天之内向监理工程师提供一份事故报告和阶段性开工报告，内容包括人员的伤亡情况、时间损失、处理结果以及监理工程师所要求的详细资料等。若事故原因迟迟未能查明，监理工程师认为事故隐患未消除时，可以不批准开工，直到事故原因查明并采取补救措施为止。(四)、保证安全的技术措施1、对炸药及其他爆破器材的购买、运输、贮存、加工、使用严格控制，执行爆破材料专门的领用和退还制度。、进行爆破作业前设定警戒区域，并派专人巡查，严禁爆破作业时水域何人员进行潜水、游泳等活动，严禁水域 200以内有船舶进入。

1km以内的任3、爆破工作负责人应根据爆破区的地质、地形、水位、流速、流态、风浪和环境安全等情况布置爆破作业。4、水下爆破应使用防水的或经防水处理的爆破器材；用于深水区的爆破器材，应具有足够的抗压性能，或采取有效的抗压措施；水下爆破使用的爆破器材应进行抗水和抗压试验。5、水下爆破的药包和起爆药包，应在专用的加工房内或加工船上制作。6、起爆药包，只准由爆破员搬运。搬运起爆药包上下船或跨船舷时，应有必要的防滑措施。用船只运送起爆药包时，航行中应避免剧烈的颠簸和碰撞。7、现场运输爆破器材和起爆药包，应专船装运。用机运船装运，应采取防电、防振及隔热措施。8、爆破作业船上的工作人员，作业时应穿好救生衣，不能穿救生衣作业时，应备有相应数量的救生设备。无关人员不准许登上爆破作业船。9、水下钻孔位置应准确测定，经常校核；孔口应有可靠的保护措施。10、钻孔装药时潜水员应拿稳药包，且不应从管口或孔口直接向孔内投掷药包，不应强行冲压卡塞的钻孔药包。11、水下深孔采取分段装药时，各段均应装有起爆药包。各起爆药包的导线应标记清楚，防止错接。12、应注意保护药包引出线，移船时应注意保护起爆网路，注意对孔口段的导线应加以保护。13、用电力和导爆管起爆网路时，每个起爆药包内安放的雷管数不宜少于成两套网路或复式网路同时起爆。

2发，并宜连、水下电爆网路的导线 (含主线连接线)应采用有足够强度且防水性和柔韧性良好的绝缘胶质线，爆破主线路呈松弛状态扎系在伸缩性小的主绳上；水中不应有接头。、起爆药包使用非电导爆管雷管及导爆索起爆时，应做好端头防水工作，导爆索搭接长度应大于。、导爆索起爆网路应在主爆线上加系浮标，使其悬吊；应避免导爆索网路沉入水底造成网路交叉，破坏起爆网路。、水域危险边界上设置警告标志、禁航信号、警戒船舶和岗哨等，严格检查水域中遗留的爆炸物和水中带电情况。18、盲炮应及时处理；处理过程中因遵循以下原则：（1）因起爆网路绝缘不好或联接错误造成的盲炮，可重新联网起爆。（2）因填塞长度小于炸药的殉爆距离或全部用水填塞而造成的盲炮，可另装入起爆药包诱爆。（3）可在盲炮附近投入裸露药包诱爆。（4）遇有难于处理而又危及航行船舶安全的盲炮，应延长警戒时间，继续处理。五、环保施工措施在施工中将严格执行《公路建设项目环境保护设计规定》 《环境保护法》的有关要求，将严格遵守国家和地方所有控制环境污染的法律和法规，采取必要的措施，防止施工中的燃料、油、化学物质、污水、废料和垃圾以及土方等有害物质对沟渠的污染，防止灰尘、噪音和汽油等物质对大气层的污染。并采取规范化的施工，把施工对环境、附近居民生活的影响减少到最低限度。加强对施工机械的维修保养，遇到漏油、漏水的机械必须修好后方可继续参与施工，废油回收后集中存放，统一处理。本施工场地附近为人群居住比较密集区域，通过有效的管理和技术手段，将施工噪声降低到最低程度，尽量避免在夜间安排噪音很大的施工任务。4．工程施工期间，提供必要的急救和医药服务。六、文明施工措施（一、对工作人员的要求1．所有驻地管理人员和现场施工人员一律穿戴整齐，佩证上岗。等，杜绝违法暴力等妨碍社会秩序的行为发生，与当地群众建立良好的关系，做到融洽相处。（二、施工现场管理3．所有办公室、仓库、工作室均悬挂统一标准的牌子，以作标示。4．在业主指定的生活区和施工界限上设置围栏。建立明确交班制度，交班者和接班者要交清和了解作业的所有情况和注意事项。七、安全管理应急预案（一、总则目的：对潜在的或紧急出现的环境和职业健康安全事故、事件做出应急准备和响应，预防和