2024年4月2日发(作者：镇水风)
基于ROV的水下目标检测与识别三维成
像的探究
摘要：基于水下机器人针对水下特殊环境的目标检测与识别，提出一种检测
数据与水下目标几何特征相结合的三维建模技术，具备二次图像对比获得差异，
从而智能捕捉水下目标的探究。
关键词：水下目标；检测与识别；三维建模；智能比对
1、引言
一般说来，水下目标情况复杂，水下目标识别是水下机器人智能化
的关键技术。本文针对水下目标识别的智能化比对进行了探究。
2、三维成像识别技术的发展及应用
信号处理理论与计算机出现以后，人们试图用摄像机获取环境图像并将其转
换成数字信号，用计算机实现对视觉信息处理的全过程，这样就形成了一门新兴
学科--计算机视觉（也称机器视觉或图像分析与理解）。本文针对声纳成像进行
探究。声纳的工作原理，发射声音波束的频率是特定的，声纳头发射波束，波束
经过障碍物反射，声纳头接收声音信号，将其转化为电信号；再通过RS232 协议
将电信号传输至水下光端机，光端机把电信号转化为光信号，光信号通过光缆传
输至水上光端机， 水上光端机把光信号转化为电信号， 再通过 RS232协议传输
至声纳控制单元，声纳控制单元利用声纳的操作软件把声纳头扫描到的信息以图
像的形式显示在显示屏上。
三维成像声纳与普通的多波束声纳的区别，在于它具有更高的分辨率，从而
可以提供水下目标外形轮廓的更多细节描述。高分辨率成像声纳在对水下目标进
行成像时，能够提供非常优秀的图像质量，从而可以对目标进一步地跟踪和识别。
目前最前沿的三维成像声纳是以声透镜技术为基础， 它能提供目标的实时动态
视频图像，质量小、尺寸小，可以装载到各种AUV 、ROV 上进行水下作业。应用
于声视觉导航、海底地貌检测、残骸搜索、管道检测、安全检查桥墩探伤、海港
检测、矿产资源和能源勘探等领域。南水北调研发的水下机器人2.0基于ROV搭
载了T2250三维声纳，该声呐系统扫描角度360°，工作频率2250khz，扫描距
离1~8米，波束宽度1x1°，波束数量2100，距离分辨率0.6cm，采集频率：
@1.5米20hz，@2.5米14hz，@5米8hz，@10米4hz。已成功应用于南水北调穿
黄工程、双洎河渡槽等水工建筑物的水下检测。
3、智能对比技术的可行性
(1)条件可行性：当前以水下机器人ROV检测平台,可以通过全断面扫描巡检，
获取光学摄像、三维成像声呐和定位导航等数据图像,数据中包含了大量水下结
构的外观、尺寸、测量点云等信息，通过数据管理和数据处理相对应的软件可以
实现水下结构的三维形象化显示，进一步可以结合缺陷样本和专家经验，实现部
分缺陷的智能化检测和识别。
(2)技术可行性：当前人工智能、计算机视觉等技术发展迅猛，大量复杂多
源信息的综合分析与显示、智能识别技术逐渐成熟并在多个领域取得应用，将多
元信息进行融合，并进行三维结构建模，继而智能检测与识别等技术都有大量可
借鉴的使用经验。
4.未来发展趋势
目前二维声纳在声纳的应用领域中还占据有很大的比例，但由于三维成像声
纳的优秀品质，三维成像声纳将逐渐占领这一领域。水下环境有广泛的应用领域，
舰船导航、海洋勘探、水工检测等都离不开声纳。近年来海洋声学和声纳技术快
速发展，全球定位系统和计算机技术飞速发展，以及三维可视化技术日益完善是
声纳的发展又奠定了一个有力的基础。相信在各项相关技术日趋成熟的条件下，
声纳技术将迎接另一个里程碑。
5.结论
T2250三维声纳系统在扫描距离、精度、点云密度等方面均需较大提升，为
更大范围，全断面的水下检测提供重要的技术手段，具备广阔的应用前景。
多波束技术、PIV技术、AI大数据等多元性技术的融合是工程监测系统发展
方向，对于发掘水下工况的三维数据模型，实现高效率的智能对比，具备广泛的
应用空间。
参考文献
〔1〕 程志虎.《水下无损检测技术综述》 1997.19（9）；
〔2〕 陕 毅.《激光扫描水下三维成像探测技术研究》20050201；
〔3〕 李越强.《光谱成像技术在海上目标探测识别中的应用探讨》；
〔4〕 刘梦琪.《水下目标识别技术探究》；
〔5〕 刘丽仙.《基于特征匹配的水下目标检测与识别》。
作者简介：男，1982年3月出生，本科学历，高级工程师，工作单位：南水北调
中线有限公司河北分公司
2024年4月2日发(作者：镇水风)
基于ROV的水下目标检测与识别三维成
像的探究
摘要：基于水下机器人针对水下特殊环境的目标检测与识别，提出一种检测
数据与水下目标几何特征相结合的三维建模技术，具备二次图像对比获得差异，
从而智能捕捉水下目标的探究。
关键词：水下目标；检测与识别；三维建模；智能比对
1、引言
一般说来，水下目标情况复杂，水下目标识别是水下机器人智能化
的关键技术。本文针对水下目标识别的智能化比对进行了探究。
2、三维成像识别技术的发展及应用
信号处理理论与计算机出现以后，人们试图用摄像机获取环境图像并将其转
换成数字信号，用计算机实现对视觉信息处理的全过程，这样就形成了一门新兴
学科--计算机视觉（也称机器视觉或图像分析与理解）。本文针对声纳成像进行
探究。声纳的工作原理，发射声音波束的频率是特定的，声纳头发射波束，波束
经过障碍物反射，声纳头接收声音信号，将其转化为电信号；再通过RS232 协议
将电信号传输至水下光端机，光端机把电信号转化为光信号，光信号通过光缆传
输至水上光端机， 水上光端机把光信号转化为电信号， 再通过 RS232协议传输
至声纳控制单元，声纳控制单元利用声纳的操作软件把声纳头扫描到的信息以图
像的形式显示在显示屏上。
三维成像声纳与普通的多波束声纳的区别，在于它具有更高的分辨率，从而
可以提供水下目标外形轮廓的更多细节描述。高分辨率成像声纳在对水下目标进
行成像时，能够提供非常优秀的图像质量，从而可以对目标进一步地跟踪和识别。
目前最前沿的三维成像声纳是以声透镜技术为基础， 它能提供目标的实时动态
视频图像，质量小、尺寸小，可以装载到各种AUV 、ROV 上进行水下作业。应用
于声视觉导航、海底地貌检测、残骸搜索、管道检测、安全检查桥墩探伤、海港
检测、矿产资源和能源勘探等领域。南水北调研发的水下机器人2.0基于ROV搭
载了T2250三维声纳，该声呐系统扫描角度360°，工作频率2250khz，扫描距
离1~8米，波束宽度1x1°，波束数量2100，距离分辨率0.6cm，采集频率：
@1.5米20hz，@2.5米14hz，@5米8hz，@10米4hz。已成功应用于南水北调穿
黄工程、双洎河渡槽等水工建筑物的水下检测。
3、智能对比技术的可行性
(1)条件可行性：当前以水下机器人ROV检测平台,可以通过全断面扫描巡检，
获取光学摄像、三维成像声呐和定位导航等数据图像,数据中包含了大量水下结
构的外观、尺寸、测量点云等信息，通过数据管理和数据处理相对应的软件可以
实现水下结构的三维形象化显示，进一步可以结合缺陷样本和专家经验，实现部
分缺陷的智能化检测和识别。
(2)技术可行性：当前人工智能、计算机视觉等技术发展迅猛，大量复杂多
源信息的综合分析与显示、智能识别技术逐渐成熟并在多个领域取得应用，将多
元信息进行融合，并进行三维结构建模，继而智能检测与识别等技术都有大量可
借鉴的使用经验。
4.未来发展趋势
目前二维声纳在声纳的应用领域中还占据有很大的比例，但由于三维成像声
纳的优秀品质，三维成像声纳将逐渐占领这一领域。水下环境有广泛的应用领域，
舰船导航、海洋勘探、水工检测等都离不开声纳。近年来海洋声学和声纳技术快
速发展，全球定位系统和计算机技术飞速发展，以及三维可视化技术日益完善是
声纳的发展又奠定了一个有力的基础。相信在各项相关技术日趋成熟的条件下，
声纳技术将迎接另一个里程碑。
5.结论
T2250三维声纳系统在扫描距离、精度、点云密度等方面均需较大提升，为
更大范围，全断面的水下检测提供重要的技术手段，具备广阔的应用前景。
多波束技术、PIV技术、AI大数据等多元性技术的融合是工程监测系统发展
方向，对于发掘水下工况的三维数据模型，实现高效率的智能对比，具备广泛的
应用空间。
参考文献
〔1〕 程志虎.《水下无损检测技术综述》 1997.19（9）；
〔2〕 陕 毅.《激光扫描水下三维成像探测技术研究》20050201；
〔3〕 李越强.《光谱成像技术在海上目标探测识别中的应用探讨》；
〔4〕 刘梦琪.《水下目标识别技术探究》；
〔5〕 刘丽仙.《基于特征匹配的水下目标检测与识别》。
作者简介：男，1982年3月出生，本科学历，高级工程师，工作单位：南水北调
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