1.一种用于水下摄像主动补偿的机构,其特征在于:包括外部驱动模块和摄像球模块;
所述外部驱动模块包括多个驱动电机及驱动电机支架,驱动电机安装在相应的驱动电机支架上;所述多个驱动电机之间通过联轴器串行连接,且在空间上呈90°放置,用于驱动摄像球模块的多自由度运动;
所述外部驱动模块上安装摄像头外壳(10),摄像头外壳(10)内安装摄像球模块;所述摄像球模块包括球面啮合器子模块和主控制器模块(35),球面啮合器子模块包括球面啮合器、球面啮合器支架(17)、第一驱动电机(19)、第二驱动电机(34)及总固定支架(26);所述主控制器模块(35)安装在总固定支架(26)上;
所述球面啮合器的固定部分安装在总固定支架(26)一端,主控制器模块(35)安装在总固定支架(26)另一端;所述球面啮合器的活动部分安装在球面啮合器支架(17)内部;所述球面啮合器的活动部分安装摄像头(15);所述第一驱动电机(19)、第二驱动电机(34)通过固定座安装在总固定支架(26)上表面,第一驱动电机(19)和第二驱动电机(34)在空间上呈
90°放置;
所述第一驱动电机(19)、第二驱动电机(34)的输出轴分别安装一个转向舵,球面啮合器支架(17)靠近总固定支架(26)的一端沿圆周方向布置四个球向节,转向舵两端与四个球向节之间通过四根钢丝一一对应连接,四根钢丝两两同步运动;通过所述第一驱动电机(19)、第二驱动电机(34)带动相应的转向舵转动,转向舵拉动钢丝完成球面啮合器两自由度的运动。
2.根据权利要求1所述用于水下摄像主动补偿的机构,其特征在于:所述外部驱动模块分为驱动电机子模块和支撑固定子模块;
所述驱动电机子模块包括第三驱动电机(9)、第一联轴器(14)、第四驱动电机(2)、第五驱动电机(4)、第二联轴器(13);
所述机构支撑固定子模块包括摄像头固定支架(1)、第四驱动电机固定支架(3)、第五驱动电机固定支架(5)、底座(6)、第三驱动电机固定支架(8);
所述第五驱动电机固定支架(5)安装在底座(6)中央,第五驱动电机(4)安装在第五驱动电机固定支架(5)上;所述第五驱动电机(4)和第四驱动电机固定支架(3)呈90°安装且带动其进行偏航角方向转动;
所述第四驱动电机(2)安装在第四驱动电机固定支架(3)上,第四驱动电机(2)输出轴通过第二联轴器(13)和U型滚动轴承连接第三驱动电机固定支架(8);所述第四驱动电机(2)和第三驱动电机固定支架(8)呈90°安装且带动其进行横滚角方向转动;
所述第三驱动电机(9)安装在第三驱动电机固定支架(8)上,第三驱动电机(9)输出轴通过第一联轴器(14)连接摄像头固定支架(1),摄像头固定支架(1)与摄像头外壳(10)螺栓连接;所述第三驱动电机(9)转动时,带动摄像头固定支架(1)进行俯仰角方向转动。
3.根据权利要求1所述用于水下摄像主动补偿的机构,其特征在于:所述球面啮合器的活动部分包括球面啮合器针头加长臂(16)以及设置在其头部的针头(40),球面啮合器针头加长臂(16)尾部安装摄像头(15);所述球面啮合器针头加长臂(16)上穿设长螺栓(28),长螺栓(28)两端固定于球面啮合器支架(17);当球面啮合器支架(17)运动时,带动球面啮合器的活动部分运动;
所述球面啮合器的固定部分包括球面啮合器孔头加长臂(38)以及设置在其头部的孔头(18),球面啮合器孔头加长臂(38)尾部固定于总固定支架(26);针头(40)与孔头(18)啮合设置。
4.根据权利要求3所述用于水下摄像主动补偿的机构,其特征在于:所述球面啮合器孔头加长臂(38)和球面啮合器支架(17)之间预留转动空间,供球面啮合器支架(17)运动。
5.根据权利要求3所述用于水下摄像主动补偿的机构,其特征在于:所述针头(40)表面按圆弧加速度曲线存在理论和球面错层规律离散分布若干凸球台,孔头(18)表面按圆弧加速度曲线存在理论和球面错层规律离散分布若干凹球坑,若干凸球台与凹球坑一一对应。
6.根据权利要求1所述用于水下摄像主动补偿的机构,其特征在于:所述主控制器模块(35)包括主芯片(42)以及分别与主芯片(42)相连的第一驱动电机控制芯片(44)、第二驱动电机控制芯片(45)、陀螺仪芯片(43)、漏水检测芯片(41);
所述第一驱动电机控制芯片(44)控制外部驱动模块中各驱动电机的正反转;所述第二驱动电机控制芯片(45)控制摄像球模块中各驱动电机的正反转;所述陀螺仪芯片(43)获取机构实时偏航角、俯仰角、横滚角,与期望值进行比较,再将差值数据传输给主芯片(42)进行分析和PID补偿调节;所述漏水检测芯片(41)用于检测摄像装置是否存在漏水现象,并将检测结果发送至主芯片(42);若发生漏水情况,主控制器模块(35)向水面计算机发送警报信号。
7.一种用于水下图像主动补偿的图像增强方法,其特征在于,采用权利要求1所述用于水下摄像主动补偿的机构,该方法包括以下步骤:S1:外部驱动模块和摄像球模块联合运动,拍摄水下图像,并将拍摄的水下图像传输给主控制器模块,主控制器模块中的陀螺仪芯片从拍摄的水下图像中获取机构实时偏航角、俯仰角、横滚角,与期望角度进行比较之后,将差值数据发给主芯片,主芯片通过驱动电机控制芯片控制各驱动电机的正反转运动,从而保持摄像球模块在水中的相对稳定性,稳定后对大桥桥墩损伤处进行防抖拍摄,将拍摄的初步水下图像传输到地面上位机,初步水下图像经过背光估计、计算RGB三通道的透射率以及计算去雾模型三个步骤进行去雾处理,将去雾处理后的图像改变其R、G、B三个通道的衰减率建立水下图库训练集;
S2:利用仿眼滤波器进行水下图像特征的提取,再利用卷积神经网络进行特征映射,最后进行图像重建,构建出水下图像网络模型;将步骤S1利用外部驱动模块和摄像球模块联合运动进行防抖拍摄到的初步水下图像经过处理之后得到的水下图库训练集输入到搭建的水下图像网络模型中进行训练以得到图像增强网络模型;
S3:将步骤S1拍摄的大桥桥墩损伤图像传输到水面计算机通过图像增强模型得到清晰的大桥桥墩损伤图像。
8.根据权利要求7所述用于水下图像主动补偿的图像增强方法,其特征在于,步骤S1中,所述去雾处理包括以下步骤:将全局背光估计记作A,由以下公式求得:
λ λ λ λ
I(x)=A(x)(1‑t(x))≈A(x)≈A
λ λ λ
在此公式中取t=0,其中I (x)表示清晰的水下图像;t (x)表示各个通道的透射率,A(x)表示表示背景光;x为图像任意像素位置;
r g b
对图像进行RGB三个通道的透射率估计计算分别记作t(x)、t(x)t(x),;
根据以下公式
其中J(x)为暗通道算法得到的去雾图像,其中max(t0,t(x))为将计算得到的透射率值与给定的阈值比较取最大值,A为背景光值,I(x)为有雾图像在这里我们t0为0.1,求得水下去雾图像。