[發明專利]基于視覺融合的AUV動態對接定位方法

在審

• 申請號: 202110232184.4
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113034590A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張立川;邢潤發
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/80;G06T7/00;G01C21/20;G01C11/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明一種基于視覺融合的AUV動態對接定位方法，首先在水下環境中，對接AUV利用自身前部安裝的雙目視覺系統中的兩個單目攝像頭，分別獲取目標AUV后部標志物圖像，分為左圖像和右圖像；根據左圖像和右圖像，利用雙目視覺算法，解算得到標志物尺寸；在水下對接過程中，對接AUV利用自身前部安裝的雙目視覺系統中的兩個單目攝像頭，分別獲取目標AUV后部標志物圖像，并依據解算得到的標志物尺寸，分別利用單目視覺定位算法，解算得到兩組定位結果；對得到的兩組定位結果進行加權融合，得到最終的AUV動態對接定位結果。本發明既保證了單目的精度又解決了雙目視覺丟失率高的問題，為動態對接的控制提供了較為準確的定位信息。

技術領域

本發明涉及AUV動態對接技術領域，具體為一種基于視覺融合的AUV動態對接定位方法。

背景技術

在對水底地形的勘測和水下機械作業中，AUV是其重要的運載平臺，單獨的AUV個體可以在水下實現探測和機械作業功能。但其突出缺點是在面對復雜的水下環境的時候，單個獨立的AUV受到了體積和長度的限制從而沒有辦法完成復雜的功能。小體積AUV攜帶的有效載荷有限，大體積AUV無法穿越復雜的水下空間。多AUV的出現解決了這問題，將小體積和具有不同功能的AUV使用串聯方式對接，滿足了功能的多樣性和作業的機動性。

對接技術分為靜態對接和動態對接。經典的回收對接屬于靜態對接，靜態對接應用在水下充電和信息交換領域，其對接裝置固定在確定的位置。動態對接相對靜態對接更為復雜，每個單體之間需要在運動的狀態下實現對接。動態對接應用于水下搜尋，協同任務等。分體式多AUV通過串聯方法組成單體AUV。小AUV之間通過動態對接技術完成彼此的分解和組合。在到達作業區執行任務時分解成小的AUV，來應對水下復雜的環境，穿越狹小的空間，提高整體水下探測的效率和作業的機動性，結束作業后組合成一個單體AUV。

在水下動態對接的技術中，實現小AUV之間的定位是關鍵。定位是指獲取對接AUV和目標AUV之間的距離和相對姿態。在動態對接的過程中將兩個AUV之間的距離縮小到零同時保證姿態保持一致。動態對接定位的誤差對動態對接結果具有較大的影響。當定位的誤差較大時，就會出現對接失敗和反復對接的情況，最終無法實現對接。

目前獲取相對定位信息的方法較為成熟的是使用聲學設備。但是在近距離使用聲學設備獲取相對定位信息時，因近距離聲學的噪聲較大，具有較大的誤差，無法實現精準的相對定位，進而影響到動態對接的效果。視覺的補充使用可以彌補聲學的缺陷，通過視覺獲取定位信息的技術中，目前使用單目視覺的方法較多。單目視覺可以滿足靜態對接的要求，但是在動態對接中，目標AUV與對接AUV均處于運動狀態，視覺定位的有效幀數減小，且視覺角度有限，導致單目視覺定位精度下降，無法滿足動態對接的要求。

另外，在采用單目視覺進行定位時，需要利用標志物尺寸解算相對距離和角度，現有方法中，對于標志物尺寸都是在岸上環境下預先測量后，作為已知量輸入到單目視覺定位方法中，但申請人在研究過程中發現，在水下實際環境中，在岸上測量的標志物尺寸直接應用到水下后，存在系統誤差，導致采用岸上環境測量的標志物尺寸應用到單目視覺定位方法中后，無法得到精確的定位結果。這種系統誤差對于靜態對接的影響上課接受，但對于動態對接則影響較大，且單目視覺方法本身也無法解算標志物的尺寸，導致目前在水下環境中使用單目視覺方法進行動態對接時，因定位精度不足，而難以動態對接成功。

發明內容