基于双目视觉的船舶水下清洗目标定位关键技术研究

作     者：周思琦 

作者单位：山东交通学院 

学位级别：硕士

导师姓名：管志光;吴佐辅

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 082402[工学-轮机工程] 0802[工学-机械工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：水下双目定位 水下折射 水下图像增强 立体匹配 图像增强 

摘      要：随着船舶出海距离的增加和出海时间的增长,船舶底部附着大量海洋生物,从而减慢船舶行进速度,增加油耗,危险系数大大增加。人工清理是目前主要的清洁手段,危险系数高,耗时长,连续作业难。采用水下清洁爬壁机器人可大幅提升船舶清洗效率,减少劳动成本,但当前水下清洗目标定位精度低,检测速度慢,因此研究水下目标定位技术具有重要意义和应用价值。 为实现对水下船舶清洗时目标的精确定位,本文建立了一种改进暗通道和伽马变换结合的图像增强模型,在此基础上,提出了一种融合WLS滤波改进的半全局立体匹配算法,具体研究内容如下: (1)分析图像中的暗通道分布,并依据此分布调整图像的亮度和对比度,使得暗区域的细节得以凸显。提出基于导向滤波的伽马色彩平衡算法进行优化,使得改进后的算法更适用于水下的图像增强领域。 (2)本文提出将半全局匹配算法和WLS滤波算法融合,WLS滤波技术通过对图像中的像素进行加权处理,有效地抑制了噪声的干扰,保留纹理信息,增强图像的边缘。将其与改进的半全局立体匹配算法相结合,不仅可以进一步提高匹配精度,还能够有效地处理水下图像中的噪声问题。 (3)水下双目定位和空气中双目定位最大的差别首先是图像不清晰,其次就是介质不同,光在水下的折射率严重影响目标定位的精度。为此,本文计算并设计了双目水下折射补偿公式。首先,对单目相机进行分析,找到水下图像空气化的方式。考虑到双目相机的透射面不共线导致和单目相机特性不同,提出三种焦点位置分别对应的折射补偿模型,模型的精度和稳定性可使得补偿后立体匹配和目标定位更精准。 本文在实验室环境下设计并搭建了实验平台,验证了本文提出的改进方法有效性,实验结果表明,定位精度相比于原图提高了5%,定位误差≤3%,能够满足水下船舶清洗机器人的目标定位要求。