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UUV抵近导引光源的视觉跟踪方法研究
| 论文题名： | UUV抵近导引光源的视觉跟踪方法研究 |
| 关键词： | 无人水下航行器;水下回收;视觉导引;边缘检测;目标跟踪 |
| 摘要： | 随着陆地资源枯竭、海洋资源竞争等问题的日益加剧，海洋将成为人类可持续发展的重要基地，在各种各样的水下活动中，无人水下航行器(UUV)发挥了极大的作用。由于水下回收基站活动对隐蔽性要求较高，所以UUV要自主返回回收基站。视觉传感器与其它传感器相比，近距离定位精度是最高的，所以近距离端回收时采用视觉跟踪导引光源。本文旨在研究一种稳定、快速的视觉跟踪定位方法，使UUV近距离回收时用视觉导引实现快速、高精对接。 一、导引光源系统以及定位原理 针对水下环境少光的特点，普通导引系统容易导致跟踪失败，所以本文采用光源作为视觉跟踪的导引。导引光源系统包括心形参考光源和心形光源两侧均匀分布的普通线性光源。根据光源的位置及相互之间的距离实现UUV与回收基站之间横向、纵向、垂向、艏向的定位信息的解算。并且，实际海洋环境中UUV运动时可能出现横摇及纵倾，它们会严重影响定位精度，文章利用摄像机虚拟旋转法，对横摇纵倾进行补偿，从而实现更准确地定位。 二、导引光源区域提取 UUV抵近导引光源视觉跟踪的最重要一项就是准确提取出导引光源，继而得到特征值计算定位信息。本文研究了一种利用边缘检测来进行图像分割提取的方法。首先对图像进行二值化，然后利用形态学梯度滤波算子对图像边缘粗略检测，之后与三次样条插值边缘检测方法相结合，提高边缘检测精度。此边缘检测算法不仅能有效地检测出导引光源图像的边缘，而且能检测出背景中坞舱大框架的边缘，以便能够有效剔除背景干扰，提高跟踪精度。 三、基于背景剔除和加权的目标跟踪方法 在对图像进行一系列处理（包括滤噪、增强、分割、提取等）后，要能够对导引光源实时地跟踪。本文研究了一种基于图像的目标跟踪方法。该算法是对传统均值漂移运动目标跟踪算法进行改进，分别对目标和背景进行加权处理，较好地改善了目标背景干扰和目标被遮挡等问题。并且能够实时输出跟踪光源的图像坐标系坐标。 四、UUV抵近导引光源的视觉跟踪半实物仿真模拟实验 设计了母艇直线和正弦运动两种基本的运动等待方式，然后利用十一自由度台架模拟 UUV的运动过程，搭建回收的半实物仿真平台，模拟 UUV抵近导引光源的视觉跟踪过程。并对实验结果进行分析。 |
| 作者： | 南亚宁 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 严浙平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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