基于單目視覺(jué)的水下目標(biāo)識(shí)別與三維定位技術(shù)研究.pdf

1、水下光視覺(jué)技術(shù)作為水下機(jī)器人研究的重要內(nèi)容之一，水下目標(biāo)識(shí)別和三維定位技術(shù)是水下機(jī)器人探測(cè)和作業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為水下機(jī)器人研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。水下光視覺(jué)技術(shù)研究對(duì)提高水下機(jī)器人智能化水平具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本文對(duì)水下機(jī)器人目標(biāo)識(shí)別與三維定位技術(shù)中的水下圖像預(yù)處理、目標(biāo)物形狀特征提取、紋理特征提取、特征融合以及結(jié)構(gòu)光三維定位、系統(tǒng)標(biāo)定、目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與單目視覺(jué)的三維定位等具體問(wèn)題

2、進(jìn)行了相關(guān)的研究工作。
　　 在水下圖像預(yù)處理研究中，針對(duì)經(jīng)典中值濾波算法在脈沖噪聲出現(xiàn)概率較大時(shí)會(huì)使圖像產(chǎn)生失真的問(wèn)題，本文引入自適應(yīng)中值濾波，通過(guò)變換窗口的大小，并且判斷窗口內(nèi)的像素中值及濾波處的像點(diǎn)是否為脈沖噪聲，分別進(jìn)行處理，減小了圖像的失真，保護(hù)了線(xiàn)段或邊緣等細(xì)節(jié)信息。水下圖像極低的對(duì)比度使得基于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征或一般的灰度特征進(jìn)行模糊增強(qiáng)難以達(dá)到理想效果。針對(duì)此問(wèn)題，本文在變換域內(nèi)進(jìn)行模糊增強(qiáng)，基于最大熵原理確定增強(qiáng)閾

3、值，增加背景和目標(biāo)物的對(duì)比度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)本文提出的預(yù)處理方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 在目標(biāo)物特征提取的研究中，本文在傳統(tǒng)Hu氏不變矩的基礎(chǔ)上，增加攝像機(jī)鏡頭徑向畸變因子，重新構(gòu)造新的不變矩，使得目標(biāo)像素點(diǎn)的灰度值與像素位置得到更好地對(duì)應(yīng)，提高特征向量對(duì)目標(biāo)物的聚類(lèi)能力；結(jié)合統(tǒng)計(jì)法和頻譜法提取目標(biāo)物紋理特征，并且將來(lái)自目標(biāo)的形狀和紋理特征進(jìn)行融合，產(chǎn)生比單一特征更精確和完全的判決。設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)BP算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器，特征提

4、取和目標(biāo)識(shí)別實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的有效性。
　　 在水下目標(biāo)物三維定位的研究中，針對(duì)雙目或多目立體視覺(jué)匹配難的問(wèn)題，本文提出一種線(xiàn)形激光發(fā)射器與水下攝像機(jī)相結(jié)合的單目視覺(jué)三維定位方法。該方法采用幾何原理，三維坐標(biāo)通過(guò)參數(shù)計(jì)算獲得而非在線(xiàn)估計(jì)，同時(shí)本文對(duì)水下折射的影響進(jìn)行了修正，減小了深度信息的失真，定位精度得到提高。在線(xiàn)結(jié)構(gòu)光中心條紋提取技術(shù)研究中，針對(duì)水下的散折射影響使得光強(qiáng)并非像傳統(tǒng)的灰度重心法中一樣嚴(yán)格地符合正態(tài)分布的問(wèn)題，

5、本文提出一種基于閾值法和可變方向模板技術(shù)相結(jié)合的改進(jìn)算法，提高了線(xiàn)結(jié)構(gòu)光圖像的處理速度和光條紋中心的提取準(zhǔn)確性。水下目標(biāo)定位實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的定位方法以及修正水下折射法方法對(duì)于提高目標(biāo)三維定位精度的有效性。
　　 在攝像機(jī)和定位系統(tǒng)的標(biāo)定研究中，針對(duì)傳統(tǒng)的馬頌德方法中空間正交平移運(yùn)動(dòng)難于實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，本文提出一種基于平面正交平移運(yùn)動(dòng)的攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定方法，并且加入攝像機(jī)徑向畸變因子，標(biāo)定精度得到了提高；對(duì)于線(xiàn)結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)的標(biāo)定，基于