[發明專利]一種渾濁水體三維地圖構建方法

在審

• 申請號: 202010057777.7
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111292418A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 冀大雄;鄧志;孫明哲;周帥
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T7/223;G06T7/55;G06T7/80;G06T5/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明專利涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種渾濁水體三維地圖構建方法。包括以下步驟：步驟一：利用單目相機對渾濁水體下的環境進行圖像數據采集；步驟二：利用渾濁水體圖像增強算法進行處理生成增強圖像；步驟三：采用水下三維地圖構建算法對增強圖像進行圖像跟蹤、深度估計和地圖更新。本發明穩定可靠，結果準確。應用范圍廣。

技術領域

本發明專利涉及水下機器人技術領域，尤其涉及一種渾濁水體三維地圖構建方法。

背景技術

水下機器人技術是一種新興的海洋智能制造技術，在國內外受到廣泛應用。水下機器人是一種能夠在水面以下幾米甚至上千米、上萬米深度進行航行的機器人。與無人機、無人車和無人船相比，它所處的任務環境更為復雜，所使用的傳感器和推進系統也不同。具體表現在：1)高頻無線電波在水下十幾米以下深度無法使用，將會導致操作人員與水下機器人難以保持良好的通信聯系；而采用水聲通信機，不僅成本高，且通信速率與容量都無法與無線電波相比；2)電子元部件等任何非水密電子部件、機械部件、推進部件均須做水密、耐壓保護，否則將發生滲水、漏水導致不能正常水下航行；3)近海海域往往水體渾濁，水下圖像不清晰，難以利用圖像進行地圖構建，無法進行基于視覺的導航和定位。

目前在正常清澈海水下的環境重建已無法滿足在實際應用的需求。由于海水環境的復雜多變性，其在不同的時刻對應的渾濁度會發生變化，這種時變性在多生物或人為干擾的環境下更容易發生。因此迫切需要一種能夠適應于在一定渾濁度范圍下變化的三維環境重建算法，這不僅可以提高水下機器人的自適應性，還可以提高其在水下作業時的自主導航能力。

發明專利內容

本發明專利要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種渾濁水體三維地圖構建方法。

為解決技術問題，本發明專利所采用的技術方案是：

提供一種渾濁水體三維地圖構建方法，包括以下步驟：

步驟一：利用單目相機對渾濁水體下的環境進行圖像數據采集；

步驟二：利用渾濁水體圖像增強算法進行處理生成增強圖像；

步驟三：采用水下三維地圖構建算法對增強圖像進行圖像跟蹤、深度估計和地圖更新。

作為一種改進，渾濁水體圖像增強算法包括以下步驟：

1)建立水下圖像Ip(x)的數學模型，如式(1)所示

其中x代表像素，d(x)表示場景深度，β表示衰減系數，E_A

是太陽光透過水的表面傳輸到水下的光照強度，在本文中假定其為常數，E_L是來自于人造光的光照強度，這兩種不同來源的光照強度由表面反射率ρ(x)來衡量，將人造光和自然光照強度的線性融合式用J(x)來表示，h_psf(x)是以點擴散函數為內核去除圖像模糊的函數，*代表卷積運算，·表示矩陣點乘，而N代表的是隨機噪聲。

2)利用導向濾波器去除圖像噪聲，濾波過程如下：

設圖像Ip(x)的線性變換如下：

其中ω(x)是以像素點x為中心，r為半徑的鄰域，r100，a_x和b_x是窗口ω(x) 內的系數常量，可通過式(3)和(4)計算得到。