随着陆上资源的减少,海洋资源的开发在国内外都得到了广泛重视,海洋工程技术的研究得到了蓬勃发展,水下焊接作为海洋工程的关键技术,在焊接方法、焊接材料和焊接自动化等方面也取得了重要成果。水下焊缝图像识别技术是水下焊接自动化得以实现的核心,对其展开研究具有重要意义。本文以工业相机在实验室拍摄的水下焊缝图像为研究对象,分析所采集的焊缝图像特点,从水下焊缝图像的增强、去噪、分割及中心提取等方面进行较系统的研究,在此基础上利用Visual Studio和Open CV设计一套水下焊缝图像识别应用系统。论文主要内容如下:(1)针对水下焊缝图像对比度低,焊缝边缘特征和背景相差不明显等图像质量问题。通过改进传统的灰度变换算法,设计一种S型曲线的灰度变换函数,对水下焊缝图像的灰度范围进行拉伸,从而达到提高水下焊缝图像对比度的目的。(2)针对水下焊缝图像噪声的干扰问题,通过分析杂质噪声的特点,设计一种闭操作与中值滤波相结合的去噪算法,最终达到去除绝大部分杂质噪声的目的,并且去噪过程中不会模糊焊缝的边缘。(3)针对四种类型的水下焊缝图像焊缝边缘特征难以分割的问题,提出一种先分类再分割的水下焊缝图像分割技术。首先,运用卷积神经网络对水下多种类型的焊缝进行分类;然后,研究每种焊缝类型的特点,设计特定的图像分割算法,对水下焊缝图像进行粗分割;最后,通过霍夫线变换去除不是焊缝边缘的特征像素点。分割算法中采用Tsallis熵进行分割阈值提取,该算法只需要调整灰度关联参数就可以实现对不同水下焊缝类型的准确分割,从而减少图像分割算法的复杂度。并且加入粒子群算法对图像分割算法做优化,提高算法的运行效率。(4)针对分割得到的焊缝边缘特征非单像素和不完整性,无法指导焊接机械手进行焊接的问题。第一,对比分析不同的细化算法,找出合适的水下焊缝图像细化算法,把分割得到的焊缝边缘特征细化为单像素特征点。第二,把细化的单像素特征点通过最小二乘拟合成完整的焊缝中心线。并且对比分析采用最小二乘拟合思想的多段直线拟合和多项式拟合曲线,结果表明多段直线拟合和多项式拟合曲线效果相差无几,并且多段直线拟合曲线程序运行时间较短,同时焊缝中心线也存在直线拟合,因此本文选取了多段直线拟合焊缝中心线的曲线。(5)设计水下焊缝图像识别人机交互界面,将功能不同的水下焊缝图像识别算法进行模块化封装,便于后期代码的维护及算法的更改。同时可根据不同的图像处理流程调用不同的函数接口,即可实现对应的处理功能。试验结果表明,水下焊缝识别系统对焊缝类型分类的准确率达到99%以上,可以准确地识别和提取四种水下焊缝图像的焊缝中心线,拟合曲线的均方差小于0.5。