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基于测距声纳与光视觉的目标定位及UUV控制技术研究
| 论文题名： | 基于测距声纳与光视觉的目标定位及UUV控制技术研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;测距声纳;光视觉;目标定位;控制技术 |
| 摘要： | 自主水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle, UUV）作为在复杂海洋环境中工作的高智能化无人系统，良好的环境感知能力是其必须要具备的关键技能。而水下视觉系统是UUV感知外部环境信息的重要手段之一。本文面向UUV水下作业任务需求，以UUV在海底执行光缆检修、样本采集等任务为牵引，开展UUV自主寻找作业目标、位姿测定和UUV控制的研究，对于促进UUV具备水下自主作业能力具有理论意义和工程参考价值。针对UUV水下作业环境的特殊性以及任务需求，设计并实现一个基于测距声纳与光视觉的定位平台。 首先，提出了UUV的基于测距声纳与光视觉目标定位平台的设计方案，完成了单目视觉系统的标定。 其次，开展了水下作业目标识别方法研究。针对水下图像噪声大、灰白效应严重以及模糊问题，提出平滑滤波器和高底帽变换等方法，增强水下图像的对比度，使图像细节更明显；针对水下图像分割过程，采用区域生长和基于先验知识过滤虚假目标改进分割方法，取得了较好的效果；选用抗噪声能力强且目标在不同成像条件下特征稳定的几何形状描述子，作为目标区域特征，经过实验验证，以圆形度和细长度建立空间特征向量便能准确区分本设计的目标；通过建立高斯混合模型对目标特征向量建模，通过训练样本获得模型的最优化参数，并改进加入阈值判断拒绝概率很小的识别结果，实现了对水下作业目标的识别。 再次，设计了基于测距声纳与光视觉的目标定位算法，并提出了基于压缩感知的跟踪方法。针对水下环境的特殊性和激光在水下测距精度不够准确的特性，提出了利用小开角测距声纳辅助单目视觉完成目标物定位的方法。分别对几种特定目标进行了算法设计；进而为了提高UUV在航行状态下对水下作业目标进行识别和位姿测定的实时性需求，采用了基于压缩感知技术的跟踪方法，并在水池试验中验证了该方法的可行性。 最后，为了更好地完成水下作业，本文设计了PID控制器对UUV进行控制，使得装配在UUV上的摄像机能够将拍摄图像的中心与目标物的中心重合。在已获取目标物中心的三维坐标之后，根据当前UUV的位置，设计控制算法，控制UUV使得摄像机能够将拍摄图像的中心与目标物的中心重合，为后续机械手的作业提供更好的视觉效果。 |
| 作者： | 李凡贡 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 张勋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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