[發明專利]一種用于水下機器人的障礙物探測系統和探測方法

有效

• 申請號: 201810287231.3
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108693535B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 郭映言;申龍;陳金山;姚春清;饒毅
• 申請（專利權）人: 中信重工開誠智能裝備有限公司
• 主分類號: G01S15/93
• 分類號: G01S15/93;G01S15/89;G01S15/08;G01S15/06;G01C17/00;G01B17/06;G01B11/24;G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于水下機器人的障礙物探測系統的探測方法，其特征在于：所述探測方法基于一種用于水下機器人的障礙物探測系統實現；

所述探測系統由機器人本體(1)、地面控制箱(2)和臍帶纜(3)組成，所述機器人本體(1)上裝有多波束圖像聲吶(4)、高清攝像機(5)、可調照明燈(6)、運動控制器(7)、壓力傳感器(8)、溫度傳感器(9)、姿態儀羅盤(10)和UDSL轉換器(11)；所述地面控制箱(2)包括：圖像處理單元(12)和運動控制指令生成器(13)；所述多波束圖像聲吶(4)用于探測前方障礙物相對于機器人本體(1)的位置，所述高清攝像機(5)用于采集前方障礙物圖像，所述圖像處理單元(12)與高清攝像機(5)、多波束圖像聲吶(4)和姿態儀羅盤(10)連接，用于對采集的聲吶圖像、攝像機圖像和姿態信息進行處理；可調照明燈(6)、運動控制器(7)、壓力傳感器(8)、溫度傳感器(9)和姿態儀羅盤(10)使用CAN總線方式，通過臍帶纜(3)發送信息到地面控制箱(2)，地面控制箱(2)通過CAN總線下發指令給水下機器人本體(1)；

所述探測方法包括以下步驟：

步驟一、啟動水下機器人系統，通過地面控制箱(2)上顯示屏顯示信息查看機器人系統是否正常；

步驟二、圖像處理單元(12)接收多波束圖像聲吶(4)的圖像數據，使用雙邊濾波算法對聲吶圖像進行濾波處理，降低高斯噪聲和斑點噪聲；

步驟三、對降噪后的圖像使用自適應閾值算法進行二值化處理，根據得到的二值化圖像獲取障礙物輪廓；

所述自適應閾值計算公式為：

其中，f_ij表示點(i，j)的灰度值，m_ij表示均值，v_ij表示方差；

用t_ij表示點(i，j)處的閾值，當v_ijv_min時，t_ij＝m_ij+v_ij，當v_ijv_min時，t_ij＝t_ij-1；

步驟四、結合多波束圖像聲吶(4)距離測量數據和步驟三得到的障礙物輪廓信息，計算障礙物輪廓的實際大小、位置和距離；

步驟五、根據障礙物距離決定是否切換多波束圖像聲吶(4)工作模式，如果探測障礙物距離小于40米，切換多波束圖像聲吶(4)到高精度模式，提高其識別精度；

步驟六、根據步驟四得到的障礙物的距離，判斷是否啟動攝像機圖像識別；如果障礙物距離大于設定的最小距離，跳轉到步驟二繼續下一輪探測；如果障礙物距離小于設定的最小距離，則在地面控制箱(2)上顯示有可疑障礙物的提示，并降低機器人運行速度，同時啟動高清攝像機(5)進行圖像識別；

步驟七、根據高清攝像機(5)采集的圖像，計算圖像的平均灰度，閉環調節可調照明燈(6)亮度，使高清攝像機(5)采集圖像更清晰；

步驟八、結合多波束圖像聲吶(4)采集的障礙物位置和距離信息，從高清攝像機(5)采集的圖像中提取障礙物輪廓信息；

步驟九、通過高清攝像機(5)采集的圖像，分析障礙物紋理特征，判斷障礙物性質；

步驟十、結合姿態儀羅盤(10)的機器人姿態信息，建立障礙物模型，完成障礙物的探測。