[發明專利]一種基于視覺的無人船海天線檢測與導航方法和系統

有效

• 申請號: 201711158942.2
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107941220B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 胡常青;付立;鄭春雷;李清洲;朱瑋;楊義勇
• 申請（專利權）人: 北京航天控制儀器研究所;北京航天萬鴻高科技有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發明公開了一種基于視覺的無人船海天線檢測與導航方法和系統，應用線段檢測算法提取圖像中的所有線段，建立線段池，然后以海天線的形態特征作為約束條件，過濾掉線段池中的非海天線線段，得到海天線候選線段；隨后采用最小二乘法估計最佳海天線結果，得到海天線候選線段的檢測結果；最后，基于海天線候選線段的檢測結果，在海天線的攝影模型基礎上，實現了USV導航參數的解算。可見，通過本發明能夠有效地進行無人船海天線的檢測，并能夠準確計算無人船的姿態導航參數。

技術領域

本發明屬于海洋導航技術領域，尤其涉及一種基于視覺的無人船海天線檢測與導航方法。

背景技術

隨著無人駕駛系統和人工智能技術的快速發展，繼無人機和無人車之后，無人船(Unmanned Surface Vehicle，USV)在軍用和民用領域中越來越受歡迎，在海上搜救，沿海環境監測，3D繪圖和敵方偵察等各種海洋應用中發揮著重要作用。

精確、自主的導航系統是USV的核心技術之一，對保障USV在沒有人為干預的情況下完成各種海上任務至關重要。通常，USV需要配備不同的導航傳感器，包括全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)，慣性導航系統(InertialNavigation System，INS)，羅盤，視覺相機等。盡管GNSS已成為定位，導航和定時(PositionNavigation Time，PNT)的主要傳感器，然而，在海上應用中，由于受電離層/對流層天氣事件，外界信號干擾，遮擋，海面多徑等因素的影響，GNSS的最終性能可能會嚴重惡化。為了解決這個問題，GNSS通常與INS或其他嵌入式傳感器組合，以獲得更準確的位置，姿態，速度，航向等導航信息。

在USV的嵌入式傳感器中，視覺相機已經成為不可或缺的傳感器，因為它具有被動，高分辨率，低功耗和質量小的優點，可用于感知和理解海洋環境及其周圍的各種目標。對于USV視覺導航問題，特征的提取與應用是關鍵步驟之一。在各類特征中，由于線段特征通常比其他特征(如點特征)更加具有抗噪性，因此，線段特征更適合于導航應用。在USV海洋航行過程中，海天線通常在USV視覺相機視野中。因此，可根據檢測到的海天線的位置和運動模式，估計USV的姿態和運動狀態，從而進行USV導航參數的計算。然而，USV海天線檢測是一個非常具有挑戰性的問題。由于受復雜的海洋環境背景、太陽光照變化、海面波浪等因素的影響，海天線檢測過程中容易受到干擾，同時，海天線容易被海面的島礁和船只遮擋，導致海天線不完整，給海天線的檢測增加了難度。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種基于視覺的無人船海天線檢測與導航方法，能夠有效地進行無人船海天線檢測，并能夠計算獲得無人船的姿態導航參數。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種基于視覺的無人船海天線檢測與導航方法，包括：

對USV視覺系統采集的圖像進行線段提取，建立線段池；

根據USV觀測圖像的海天線形態特征，對所述線段池中的線段進行篩選，得到海天線候選線段；

對所述海天線候選線段進行擬合，得到海天線候選線段的檢測結果；

根據所述檢測結果，計算得到USV導航參數。

在上述基于視覺的無人船海天線檢測與導航方法中，所述對USV視覺系統采集的圖像進行線段提取，建立線段池，包括：

對USV視覺系統采集的圖像進行預處理，得到灰度圖像；

檢測出灰度圖像中的所有線段，建立線段池。

在上述基于視覺的無人船海天線檢測與導航方法中，其特征在于，所述對USV視覺系統采集的圖像進行預處理，得到灰度圖像，包括：

通過如下式(1)，對USV視覺系統采集的圖像進行預處理，將USV視覺系統采集的圖像轉換為灰度圖像：