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UUV趋近作业目标过程的光视觉稳像方法研究
| 论文题名： | UUV趋近作业目标过程的光视觉稳像方法研究 |
| 关键词： | 水下无人航行器;光视觉系统;图像稳像;Harris/SIFT算子;逆向映射补偿 |
| 摘要： | 水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle, UUV)在趋近作业目标的过程中，利用光视觉系统采集作业目标视频图像，进而识别作业目标的大小、类型、位置以及姿态信息。本文以UUV水下自主识别作业目标为研究背景，针对UUV在实际海洋环境中采集的视频出现抖动的问题，开展了UUV趋近作业目标过程中的光视觉图像稳像方法研究。 基于摄像机成像模型，推导了四种常用坐标系之间的转化关系，讨论了 UUV光视觉系统的硬件构成与摄像机在UUV上的安装方案，针对UUV采集的视频图像出现的抖动现象，分析了水下摄像机成像的特点与图像序列产生抖动的原因和类型，通过比较现有电子稳像方法在准确性与实时性方面的特点，给出了UUV趋近作业目标过程中光视觉图像的具体稳像方案。 在 UUV光视觉图像的运动参数估计环节，通过对比现有的图像运动变换模型的特点与适用场景，采用改进的UUV光视觉图像的运动变换模型，详细介绍了Harris算子与SIFT算子两种特征点提取算法的基本原理以及常用的特征点匹配算法，并针对Harris算子与 SIFT算子的特点，给出了两种不同的特征点匹配策略，最后基于改进的 UUV光视觉图像的运动变换模型，推导出了图像序列的运动参数估计方法。 在 UUV光视觉图像的运动参数补偿环节，首先介绍了固定参考帧补偿与相邻帧间补偿模式的基本原理与适用范围，然后针对经典的正向映射补偿方法可能出现的像素点重.叠现象和像素点未被赋.值的“空”像素现象，提出了逆向映射补偿方法。最后，针对逆向映射补偿方法求解出的像素点坐标为浮点型的问题，重点比较了最邻近元法、双线性内插法和三次内插法三种子像素插值方法在准确性与实时性方面的特点，并最终确定应用双线性内插法求解补偿帧图像中待求像素点的灰度值。 为了模拟UUV在实际海洋环境中的自主识别作业目标过程，搭建了UUV水池模拟试验平台，以采集的UUV趋近作业目标过程的抖动图像序列作为试验样本，开展了本文所提稳像算法的有效性验证，试验结果表明，稳像后的图像序列的PSNR值相比于稳像前明显提高，该稳像算法具有准确性与可行性。将该稳像算法应用到实际海洋回收过程中UUV与作业目标相对静止时采集的抖动视频，亦能取得良好的稳像效果。 |
| 作者： | 胡志坚 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 徐健;李来春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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