[發(fā)明專利]一種基于單目視覺的AUV對接塢站光學(xué)引導(dǎo)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110931538.4
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113592958A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 畢勝;劉旖恒;付先平
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G06T7/136;G06T7/11;G06F17/12
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李馨

1.一種基于單目視覺的AUV對接塢站光學(xué)引導(dǎo)方法，其特征在于，包括：

設(shè)置引導(dǎo)光源，所述引導(dǎo)光源包括順時(shí)針設(shè)置在正方形頂點(diǎn)處的一號光源、二號光源、三號光源以及四號光源，其中一號光源為藍(lán)色光源，二號光源、三號光源以及四號光源均為綠色光源；

通過單目相機(jī)拍攝水下引導(dǎo)光源圖像，其中所述單目相機(jī)通過采用改進(jìn)的張正友標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定；

獲取相機(jī)水下非線性成像模型，并通過像素校正公式將引導(dǎo)光源圖像映射到空氣中，生成校正圖像；

基于改進(jìn)的自適應(yīng)OTSU算法對所述校正圖像進(jìn)行光源分割，基于像素加權(quán)質(zhì)心的坐標(biāo)計(jì)算獲取光源中心坐標(biāo)；

基于光源中心坐標(biāo)，采用三對已知坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行P3P計(jì)算對相機(jī)的位姿進(jìn)行解算，進(jìn)而獲得相機(jī)相對的位置信息，將所述相機(jī)的相對位置信息發(fā)送給AUV控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單目視覺的AUV對接塢站光學(xué)引導(dǎo)方法，其特征在于，獲取相機(jī)水下非線性成像模型，采用改進(jìn)的張正友標(biāo)定法對模型進(jìn)行標(biāo)定，包括：

在實(shí)驗(yàn)水槽一側(cè)布置相機(jī)，另一側(cè)布置平面標(biāo)定板，拍攝在空氣中的平面標(biāo)定板圖片，拍攝過程中移動(dòng)平面標(biāo)定板，當(dāng)最后一張平面標(biāo)定板照片拍攝完后固定標(biāo)定板位置不變；

使用張氏標(biāo)定法對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定得到相機(jī)內(nèi)參以及最后一張標(biāo)定板姿態(tài)所對應(yīng)的外參；

保持相機(jī)和標(biāo)定板位置固定，向?qū)嶒?yàn)水槽中注水，注滿水后拍攝一張水下標(biāo)定板的照片；

將內(nèi)外參數(shù)回帶到水下非線性成像模型中，根據(jù)圖像像素點(diǎn)與空間三維坐標(biāo)點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系求取相機(jī)中心距離折射平面的距離d。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單目視覺的AUV對接塢站光學(xué)引導(dǎo)方法，其特征在于，基于改進(jìn)的自適應(yīng)OTSU算法對所述校正圖像進(jìn)行光源分割，還包括對分割圖像連通域數(shù)量進(jìn)行判斷，若連通域數(shù)量與引導(dǎo)光源數(shù)量不匹配則對燈光粘連區(qū)域進(jìn)行分水嶺分割。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單目視覺的AUV對接塢站光學(xué)引導(dǎo)方法，其特征在于，基于像素加權(quán)質(zhì)心的坐標(biāo)計(jì)算獲取光源中心坐標(biāo)，包括根據(jù)以下公式計(jì)算獲取光源中心坐標(biāo)：

其中，(x_i,y_i)是當(dāng)前被測像素的坐標(biāo)，是像素R通道上的均值，I_ij是當(dāng)前R通道像素值，W_ij是當(dāng)前加權(quán)值，(x_c,y_c)是加權(quán)后計(jì)算出來的光源中心坐標(biāo)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單目視覺的AUV對接塢站光學(xué)引導(dǎo)方法，其特征在于，采用三對已知坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行P3P計(jì)算對相機(jī)的位姿進(jìn)行解算，包括：

通過余弦三角形法則構(gòu)建相機(jī)光心與光源中心投影點(diǎn)連線形成的三個(gè)夾角的等式關(guān)系；

通過同除和替元操作將上述等式關(guān)系轉(zhuǎn)換為一個(gè)二元二次方程組，通過吳消元法求解，獲得立體幾何之間的比值關(guān)系，進(jìn)而用向量公式獲得三個(gè)匹配的空間點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

通過上述求解的在相機(jī)坐標(biāo)系下的空間坐標(biāo)和已知的在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，采用SVD法獲得兩個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系(R，T)，進(jìn)而獲得相機(jī)相對的位置信息，其中，R是旋轉(zhuǎn)矩陣，T是平移矩陣。