[发明专利]仿生机器鱼及其图像增稳系统和主动视觉跟踪系统

权利要求书

1.一种仿生机器鱼图像增稳系统，其特征在于，包括：云台电机、第一惯性测量单元、第二惯性测量单元、控制单元；

所述云台电机，装设于所述仿生机器鱼头部，用于带动云台进行转动；所述云台上设置有用于采集仿生机器鱼行进方向图像的摄像头；

所述第一惯性测量单元，设置于所述仿生机器鱼头部，用于测量所述摄像头相对于世界坐标系的实时姿态角；

所述第二惯性测量单元，设置于所述仿生机器鱼的身体内部，用于测量所述仿生机器鱼艏摇行为产生的第一扰动信号；

所述控制单元，用于根据所述摄像头相对于世界坐标系的目标姿态角、以及所述第一惯性测量单元和所述第二惯性测量单元的测量结果，控制所述云台电机的转动。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制单元，包括反馈控制器和前馈控制器；

所述反馈控制器的输入信号为所述摄像头相对于世界坐标系的目标姿态角；所述反馈控制器的负反馈信号为所述第一惯性测量单元的测量结果；

所述前馈控制器的输入信号为所述第二惯性测量单元的测量结果；

所述反馈控制器的输出信号与所述前馈控制器的输出信号的差值，作为所述云台电机的输入。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述云台电机模型的传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{1}{{\mathrm{as}}^3+{\mathrm{bs}}^2+cs},$

其中，s为复数自变量，a、b、c为云台电机模型参数。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述反馈控制器为比例微分控制器，其传递函数为：

C(s)＝k_p+k_ds，

其中，s为复数自变量，k_p为比例系数，k_d为微分系数。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述前馈控制器的传递函数为：

D(s)＝as³+bs²+cs，

其中，s为复数自变量，a、b、c为云台电机模型参数。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的系统，其特征在于，所述仿生机器鱼，采用波动推进的方式，依靠正弦信号驱动身体及尾鳍以产生前进的推动力。

7.一种仿生机器鱼主动视觉跟踪系统，其特征在于，包括：摄像头、图像处理单元、主动视觉控制器，以及权利要求1～6中任一项所述的仿生机器鱼图像增稳系统；

所述摄像头，安装于所述仿生机器鱼头部的云台上，用于采集图像数据；

所述图像处理单元，用于对所述摄像头采集到的图像数据进行实时处理，获取被跟踪物体在图像中的实际位置；

所述主动视觉控制器，用于根据所述被跟踪物体在图像中的目标位置和所述被跟踪物体在图像中的实际位置，计算所述摄像头相对于世界坐标系的目标姿态角。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主动视觉控制器的输入信号为所述被跟踪物体在图像中的目标位置，所述主动视觉控制器的负反馈信号为所述被跟踪物体在图像中的实际位置。