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基于视觉与激光雷达融合的无人船靠泊环境感知系统研究
| 论文题名： | 基于视觉与激光雷达融合的无人船靠泊环境感知系统研究 |
| 关键词： | 无人船;自主靠泊;环境感知;激光雷达 |
| 摘要： | 无人船能够实现自主靠泊取决于其控制系统在靠泊过程中能够平稳的对无人船进行控制，控制效果的好坏主要依赖于无人船在靠泊过程中获取的自身状态信息及周围环境信息。为满足无人船自主靠泊过程中对距离的高精度需求，本文提出了一种基于视觉和激光雷达融合的无人船自主靠泊环境感知系统，获取无人船与岸边系泊装置之间的相对距离，保障无人船靠泊过程的安全与稳定。所提出的环境感知系统利用视觉快速识别定位岸边系泊装置，通过空间和时间两个层面将视觉和激光雷达获取的岸边系泊装置信息进行融合，提高无人船自主靠泊过程中获取无人船与目标泊位间的距离信息的能力。 本文主要研究内容如下： 1、无人船自主靠泊过程环境感知系统的整体设计。研究采用岸边系泊装置实现停靠的无人船自主靠泊过程，根据自主靠泊过程中环境信息的需求，设计与搭建基于视觉与激光雷达的环境感知系统，完成系统中的各硬件选型与布置，确定环境感知系统的数据传输与控制方式。 2、基于改进YOLOv4的岸边系泊装置的识别。为快速准确地识别岸边系泊装置，基于Laplacian边缘检测和中值滤波方法对岸边系泊装置的图像进行预处理，同时利用DepthwiseSeparable卷积替换YOLOv4算法中的CNN卷积，减小模型的计算量。实验结果表明，与原模型相比，改进后的模型识别时间缩短、识别精度提高。 3、基于视觉与激光雷达融合的岸边系泊装置的测距。研究深度相机和激光雷达的工作原理，结合无人船靠泊的实际应用场景，使用两个深度相机和引入旋转云台，扩大环境感知的范围。通过空间几何和坐标变换完成视觉与激光测距系统获取的感知信息空间上的统一，利用多线程处理方式完成两种传感器采集时间同步，实现视觉信息与激光信息的融合，提升岸边系泊装置距离测量的精度。 4、搭建无人船自主靠泊环境感知系统实验平台，验证其在自主靠泊过程中的可靠性。分别在近距离和远距离范围内进行实验，获取无人船与岸边系泊装置间的距离，将测量结果与实际值进行比较，确定误差范围。实验结果表明，本文设计的环境感知系统距离测量精度明显优于视觉测量结果，且得到的距离值误差始终控制在10mm范围内，满足无人船自主靠泊对测量距离精度的要求。 |
| 作者： | 陈静 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王强 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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