UUV抵近導(dǎo)引光源的視覺跟蹤方法研究.pdf

1、隨著陸地資源枯竭、海洋資源競爭等問題的日益加劇，海洋將成為人類可持續(xù)發(fā)展的重要基地，在各種各樣的水下活動中，無人水下航行器(UUV)發(fā)揮了極大的作用。由于水下回收基站活動對隱蔽性要求較高，所以UUV要自主返回回收基站。視覺傳感器與其它傳感器相比，近距離定位精度是最高的，所以近距離端回收時(shí)采用視覺跟蹤導(dǎo)引光源。本文旨在研究一種穩(wěn)定、快速的視覺跟蹤定位方法，使UUV近距離回收時(shí)用視覺導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)快速、高精對接。
　　一、導(dǎo)引光源系統(tǒng)以及定

2、位原理
　　針對水下環(huán)境少光的特點(diǎn)，普通導(dǎo)引系統(tǒng)容易導(dǎo)致跟蹤失敗，所以本文采用光源作為視覺跟蹤的導(dǎo)引。導(dǎo)引光源系統(tǒng)包括心形參考光源和心形光源兩側(cè)均勻分布的普通線性光源。根據(jù)光源的位置及相互之間的距離實(shí)現(xiàn)UUV與回收基站之間橫向、縱向、垂向、艏向的定位信息的解算。并且，實(shí)際海洋環(huán)境中UUV運(yùn)動時(shí)可能出現(xiàn)橫搖及縱傾，它們會嚴(yán)重影響定位精度，文章利用攝像機(jī)虛擬旋轉(zhuǎn)法，對橫搖縱傾進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確地定位。
　　二、導(dǎo)引光源區(qū)域

3、提取
　　UUV抵近導(dǎo)引光源視覺跟蹤的最重要一項(xiàng)就是準(zhǔn)確提取出導(dǎo)引光源，繼而得到特征值計(jì)算定位信息。本文研究了一種利用邊緣檢測來進(jìn)行圖像分割提取的方法。首先對圖像進(jìn)行二值化，然后利用形態(tài)學(xué)梯度濾波算子對圖像邊緣粗略檢測，之后與三次樣條插值邊緣檢測方法相結(jié)合，提高邊緣檢測精度。此邊緣檢測算法不僅能有效地檢測出導(dǎo)引光源圖像的邊緣，而且能檢測出背景中塢艙大框架的邊緣，以便能夠有效剔除背景干擾，提高跟蹤精度。
　　三、基于背景剔除和

4、加權(quán)的目標(biāo)跟蹤方法
　　在對圖像進(jìn)行一系列處理（包括濾噪、增強(qiáng)、分割、提取等）后，要能夠?qū)?dǎo)引光源實(shí)時(shí)地跟蹤。本文研究了一種基于圖像的目標(biāo)跟蹤方法。該算法是對傳統(tǒng)均值漂移運(yùn)動目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行改進(jìn)，分別對目標(biāo)和背景進(jìn)行加權(quán)處理，較好地改善了目標(biāo)背景干擾和目標(biāo)被遮擋等問題。并且能夠?qū)崟r(shí)輸出跟蹤光源的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)。
　　四、UUV抵近導(dǎo)引光源的視覺跟蹤半實(shí)物仿真模擬實(shí)驗(yàn)
　　設(shè)計(jì)了母艇直線和正弦運(yùn)動兩種基本的運(yùn)動等待方式，