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基于单目视觉的AUV水下定位方法

中国惯性技术学报 2015年第4期23卷 489-492页

作者：蔡迎波李德彪中国人民解放军92941部队95分队

为解决传统水下定位传感器在定位方面的不足,提出一种基于目标光源的单目视觉四自由度定位方法,推导了四自由度定位算法原理,提出了深度定位、水平定位和艏向定位方法。设计了作为目标的共线排列定位光源系统。静态和动态试验证明所提... 详细信息

为解决传统水下定位传感器在定位方面的不足,提出一种基于目标光源的单目视觉四自由度定位方法,推导了四自由度定位算法原理,提出了深度定位、水平定位和艏向定位方法。设计了作为目标的共线排列定位光源系统。静态和动态试验证明所提出的单目视觉定位方法原理正确,目标光源系统合理可行,可以在深度为4~0.5 m范围内进行稳定的四自由度定位。经过校正,与SBL和测深仪的相对精度达到10 cm以内。实验说明上述方法对AUV执行近距离使命任务具有实际意义。

关键词：单目视觉水下视觉视觉定位 AUV

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基于视觉伺服的水下机器人导引技术

兵器装备工程学报 2024年第5期45卷 215-221页

作者：寇邺郡李想珠海科技学院广东珠海519040

自主水下载具(AUV)需要通过停靠入站进行休眠、电池充电、传输数据等任务的需求。AUV的导引技术对延长AUV的工作时长、扩大作业范围有重要意义。在入站过程的最后阶段,AUV需要在容许范围内保持自身与对象物的相对位姿(包括位置和方向),... 详细信息

自主水下载具(AUV)需要通过停靠入站进行休眠、电池充电、传输数据等任务的需求。AUV的导引技术对延长AUV的工作时长、扩大作业范围有重要意义。在入站过程的最后阶段,AUV需要在容许范围内保持自身与对象物的相对位姿(包括位置和方向),进而完成对接。因此,确保传感器单元和控制系统在真实的水下环境中对各种干扰具有高度精确性和鲁棒性至关重要。针对此问题,提出了一种基于视觉伺服的AUV的导引技术。首先,该技术通过模型匹配认识法确定机器人与指定标的物(对象物)之间的相对位姿来确定自己的方位。其次,通过遗传算法(GA)以完成实时的位姿认识,抵消水流、图像采集干扰带来的视觉伺服干扰。采用此方法的水下机器人控制系统分别在与东京大学合作的模拟深海水下无光环境实验,以及真实海洋环境中完成了实验验证。实验结果证明,该系统具有对低照度、高浊度引起的图像劣化以及水流引起的控制干扰具备抗干扰性和鲁棒性。

关键词：视觉伺服水下视觉水下机器人水下对接系统双目视觉

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水下航行器视觉控制技术综述

水下无人系统学报 2024年第2期32卷 282-294页

作者：高剑何耀祯陈依民张元旭杨旭博李宇丰张桢驰西北工业大学航海学院陕西西安710072

视觉控制是通过视觉信息进行环境和自身状态感知的一种控制方式,文中将该技术应用于水下航行器控制,并对不同应用场景下的相关研究进展、难点与趋势进行分析。首先介绍水下航行器视觉控制技术发展现状与任务场景,然后对水下图像增强、... 详细信息

视觉控制是通过视觉信息进行环境和自身状态感知的一种控制方式,文中将该技术应用于水下航行器控制,并对不同应用场景下的相关研究进展、难点与趋势进行分析。首先介绍水下航行器视觉控制技术发展现状与任务场景,然后对水下图像增强、目标识别与位姿估计技术进行介绍,并从水下视觉动力定位与目标跟踪、水下航行器对接及水下目标抓取作业等3个任务场景,对水下航行器视觉控制技术发展现状进行总结和分析,最后梳理了水下航行器视觉控制技术的难点与发展趋势。

关键词：水下航行器水下视觉视觉控制

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基于视觉的水下机器人自主对接导引算法研究

基于视觉的水下机器人自主对接导引算法研究

作者：伊文康沈阳理工大学

学位级别：硕士

自主对接对于水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,以下简称AUV)来说意义重大,与海底基站对接意味着AUV可以实现水下常驻作业,与潜艇对接可以在危机时实现援潜救生,与回收装置对接可以实现AUV水下自主回收等等。和飞机空中自主加... 详细信息

自主对接对于水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,以下简称AUV)来说意义重大,与海底基站对接意味着AUV可以实现水下常驻作业,与潜艇对接可以在危机时实现援潜救生,与回收装置对接可以实现AUV水下自主回收等等。和飞机空中自主加油、神九与天宫一号交会对接一样,AUV自主对接也是AUV自主检测识别对接装置并逐渐向其靠近、直至进入对接装置的过程。本文重点关注AUV对接过程中的近距离导引定位问题,以中科院沈阳自动化所海洋信息装备中心的便携式AUV作为载体,从该AUV的实际硬件软件性能出发,提出一种基于视觉的导引定位算法。在AUV智能化要求越来越高的今天,视觉传感器作为AUV一种重要的感知器件起到至关重要的作用。由于水下特殊环境干扰,AUV视觉的发展比较缓慢,大多数的应用仅仅停留在近距离图像采集方面,而在智能化方面的应用较少,基于视觉的AUV水下对接就是其智能化的一次应用。针对水下光视觉感知有效距离短的难点,在对接装置上安装导引光源并对AUV设计一套独立的高清视觉采集和处理系统,结合MOOS通信机制与AUV完成信息交互。针对水下图像噪声较多的特点,采用形态学滤波的方法,并取得良好的效果。采用MATLAB标定工具箱对封装在AUV头部段的相机进行标定,得到可靠的相机畸变参数和内参数矩阵。针对水下图像目标与背景分割困难的问题,提出自整定阈值分割算法并完成导引灯与背景的分割。针对水下图像匹配难的问题,提出基于像素坐标归一化特征点匹配法,完成导引灯定位,并计算得到导引灯所在平面中心点与相机的相对位姿关系。最后设计水池对接实验,验证算法的可靠性。研究水下视觉的自主对接导引算法,该算法是实现AUV水下自主对接必不可少的软件模块,对于未来实现AUV水下自主对接具有重要意义和实用价值。

关键词： AUV 自主对接水下视觉相机标定图像分割

基于RSS和单目视觉信息融合的自主水下航行器入坞导航技术研究

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基于RSS和单目视觉信息融合的自主水下航行器入坞导航技术研究

作者：汪焰韬浙江大学

学位级别：硕士

海底观测网是人类进行海洋观测的有力平台,而自主水下航行器是这个平台中不可或缺的一环,能够实现对海洋环境的大范围动态观测。为了让自主水下航行器的观测具有持续性,且能及时上传观测信息,下载最新指令,水下接驳基站扮演了十分重要... 详细信息

海底观测网是人类进行海洋观测的有力平台,而自主水下航行器是这个平台中不可或缺的一环,能够实现对海洋环境的大范围动态观测。为了让自主水下航行器的观测具有持续性,且能及时上传观测信息,下载最新指令,水下接驳基站扮演了十分重要的角色。本文主要研究自主水下航行器与水下接驳基站对接前的入坞导航技术。本文提出了一种全新的基于RSS和单目视觉信息融合的自主水下航行器入坞导航方法,利用低成本的导航系统实现了对自主水下航行器末端入坞过程中的位姿估计。针对基于RSS的水下定位方法,首先研究了电磁波在水中的传播规律并推导出了电磁波接收信号强度随距离衰减的数学表达式,在电磁仿真软件中进行了验证。介绍了扩展卡尔曼滤波的算法框架,设计了基于RSS的滤波定位算法。在实验室水池中进行了参数标定试验和定位试验,验证了基于RSS定位的准确性。针对基于单目单灯的纯跟踪导引,研究了光线在海水中的传播特性及成像模型,为水下图像处理设计了自动曝光算法和基于大津算法的图像分割技术。设计了单目单灯导引的流程,并进行了水池试验。针对基于信息融合的导航算法,提出了入坞导引阶段的信息融合模型,并研究了信息融合中的目标评估方法和传感器管理技术。对自主水下航行器回坞过程进行运动学建模,设计了基于扩展卡尔曼滤波框架下的信息融合算法。最后对提出的算法进行了仿真验证。最后,本文对水下接驳系统的方案设计进行了概述,着重介绍了水下通讯系统的设计。整体介绍了自主水下航行器回坞导航系统的软件和硬件方案设计,并进行了基于信息融合的自主水下航行器入坞试验。

关键词：水下接驳技术自主水下航行器 RSS定位技术水下视觉信息融合导航

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基于散射模型的水下浑浊图像增强方法

哈尔滨工程大学学报 2021年第8期42卷 1209-1216页

作者：张伟高赛博李子轩宫鹏伍文华哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001

由于水对光的选择性吸收和光的散射作用,水下图像存在色偏和雾化等现象,传统的去雾方法用于水下图像时效果欠佳。本文以散射模型为基础,提出了一种水下图像增强方法。基于局部区块熵分析估计背景光,权衡清晰度与图像逼真度设计了寻优透... 详细信息

由于水对光的选择性吸收和光的散射作用,水下图像存在色偏和雾化等现象,传统的去雾方法用于水下图像时效果欠佳。本文以散射模型为基础,提出了一种水下图像增强方法。基于局部区块熵分析估计背景光,权衡清晰度与图像逼真度设计了寻优透射率的代价函数,通过改进的加权最小二乘保边滤波算法细化透射率,设计了自适应调节因子对图像增强公式进行修正。实验结果表明:该算法能有效地去除水下图像的浑浊,提高图像的整体清晰度,验证了所提出算法工程有效性。

关键词：水下视觉浑浊图像散射模型图像增强背景光透射率熵分析最小二乘保边滤波

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基于散射模型的水下图像复原

机器人 2010年第6期32卷 721-725页

作者：边信黔王晓娟哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

水下图像的衰减度与成像距离有直接关系.为了在没有精确深度图情况下有效恢复水下图像,提出基于散射模型的分段映射方法.研究了水下光线的散射模型,探讨了水下图像的衰减规律;利用水池试验数据采用直线拟合法建立散射模型;提出基于散射... 详细信息

水下图像的衰减度与成像距离有直接关系.为了在没有精确深度图情况下有效恢复水下图像,提出基于散射模型的分段映射方法.研究了水下光线的散射模型,探讨了水下图像的衰减规律;利用水池试验数据采用直线拟合法建立散射模型;提出基于散射模型的分段映射法.为避免求解精确深度图,利用映射约束条件及少量先验信息导出多级离散深度值,从而构建出从退化图像到真实图像的分段映射函数.恢复结果表明,所提方法增加了图像整体对比度,突出了图像细节,明显提高了图像质量.

关键词：水下图像复原散射模型分段映射法水下视觉

机器人在管道提升式深海采矿系统中智能化的挑战与发展趋势

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科技导报 2024年第12期42卷 92-106页

作者：沈义俊张炜峰周健一全嘉鑫李文庆刘悦凡张瑞永李萌海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海口570228 海南大学海洋科学与工程学院海口570228

近年来对深海矿物资源的开采需求逐步增大,为了解决传统的管道提升式采矿系统的缺陷,提出将智能化机器人引入来实现高效、精准的矿物采集和结构物的健康监测。但由于深海环境复杂,与陆地上机器人相比,水下机器人的设计需要考虑海洋带来... 详细信息

近年来对深海矿物资源的开采需求逐步增大,为了解决传统的管道提升式采矿系统的缺陷,提出将智能化机器人引入来实现高效、精准的矿物采集和结构物的健康监测。但由于深海环境复杂,与陆地上机器人相比,水下机器人的设计需要考虑海洋带来的阻力、噪声等多方面的影响。从水动力学、水下定位和水下视觉3个方面介绍了管道提升式深海采矿系统中采矿机器人的发展与技术难点,概述了机器人管道检测技术。探讨了深海资源开采水下机器人的技术发展方向。

关键词：深海采矿机器人管道检测机器人水下动力学水下定位水下视觉

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基于OpenCV的电子稳像

自动化与仪表 2009年第4期24卷 43-46页

作者：张栋翔葛运建中国科学技术大学自动化系合肥230026 中国科学院合肥智能机械研究所合肥230031

电子稳像广泛应用于智能视频监控、车载视觉导航、机器人视觉等热门技术中,是视觉处理中必不可少的步骤。OpenCV是近年来新出现的并逐渐普及的计算机视觉研究工具,文中尝试使用OpenCV编写一个电子稳像软件,采用基于块匹配法的帧间运动估... 详细信息

电子稳像广泛应用于智能视频监控、车载视觉导航、机器人视觉等热门技术中,是视觉处理中必不可少的步骤。OpenCV是近年来新出现的并逐渐普及的计算机视觉研究工具,文中尝试使用OpenCV编写一个电子稳像软件,采用基于块匹配法的帧间运动估计,对网络摄像头采集的视频电子稳像。结果表明了OpenCV良好的可操作性,并展望水下机械爪的视觉信息处理研究。

关键词：电子稳像 OpenCV 块匹配水下视觉