海底油气管线承担着输送油、气、水及其他化学药剂等的重要功能,海底管线的检测和维护作业多使用水下巡线机器人来进行,水下巡线机器人的自主巡线多依据光学系统来实现,因此开展基于图像处理的管线识别与运动控制算法研究具有重要意义。本课题根据水下管线图像的特点,使用图像处理方法,以水下巡线机器人单目摄像信号作为研究对象,研究水下巡线机器人的管线识别和运动方向控制方法,设计开发出一套能让水下巡线机器人自主沿水下管道进行巡线作业的运动导向系统,为水下巡线机器人在水下作业提供辅助。在水下管线图像预处理中,为了减小、消除图像噪声影响,分析对比了几种图像平滑方法的去噪效果;针对水下光照不均、偏色严重的现象,分别使用直方图均衡化、同态滤波、带色彩恢复的多尺度Retinex算法对水下图像进行了处理,还原出较为符合人眼视觉观察的图像,方便操作人员观察以及后续算法处理。本文使用局部自适应阈值化去除水下图像背景,并对处理后图像的小区域杂点进行去除,提取出管道前景图像,对霍夫变换的后续结果进行处理,提出一种基于霍夫变换的管道位置方程提取方法,计算提取出水下管道的位置方程。利用角点检测和匹配方法计算出机器人初始速度方向,根据管道位置方程和初速度提出一种水下巡线机器人的运动控制算法,计算出机器人巡线运动方向。基于上述算法,运用C++和Qt进行系统编程,使用C++编写程序的核心算法、使用Qt搭建程序的交互界面,设计开发出水下巡线机器人运动导向软件。