[发明专利]一种浑浊水体三维地图构建方法

说明书

本发明专利涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种浑浊水体三维地图构建方法。包括以下步骤：步骤一：利用单目相机对浑浊水体下的环境进行图像数据采集；步骤二：利用浑浊水体图像增强算法进行处理生成增强图像；步骤三：采用水下三维地图构建算法对增强图像进行图像跟踪、深度估计和地图更新。本发明稳定可靠，结果准确。应用范围广。

技术领域

本发明专利涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种浑浊水体三维地图构建方法。

背景技术

水下机器人技术是一种新兴的海洋智能制造技术，在国内外受到广泛应用。水下机器人是一种能够在水面以下几米甚至上千米、上万米深度进行航行的机器人。与无人机、无人车和无人船相比，它所处的任务环境更为复杂，所使用的传感器和推进系统也不同。具体表现在：1)高频无线电波在水下十几米以下深度无法使用，将会导致操作人员与水下机器人难以保持良好的通信联系；而采用水声通信机，不仅成本高，且通信速率与容量都无法与无线电波相比；2)电子元部件等任何非水密电子部件、机械部件、推进部件均须做水密、耐压保护，否则将发生渗水、漏水导致不能正常水下航行；3)近海海域往往水体浑浊，水下图像不清晰，难以利用图像进行地图构建，无法进行基于视觉的导航和定位。

目前在正常清澈海水下的环境重建已无法满足在实际应用的需求。由于海水环境的复杂多变性，其在不同的时刻对应的浑浊度会发生变化，这种时变性在多生物或人为干扰的环境下更容易发生。因此迫切需要一种能够适应于在一定浑浊度范围下变化的三维环境重建算法，这不仅可以提高水下机器人的自适应性，还可以提高其在水下作业时的自主导航能力。

发明专利内容

本发明专利要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种浑浊水体三维地图构建方法。

为解决技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：

提供一种浑浊水体三维地图构建方法，包括以下步骤：

步骤一：利用单目相机对浑浊水体下的环境进行图像数据采集；

步骤二：利用浑浊水体图像增强算法进行处理生成增强图像；

步骤三：采用水下三维地图构建算法对增强图像进行图像跟踪、深度估计和地图更新。

作为一种改进，浑浊水体图像增强算法包括以下步骤：

1)建立水下图像Ip(x)的数学模型，如式(1)所示

其中x代表像素，d(x)表示场景深度，β表示衰减系数，E_A

是太阳光透过水的表面传输到水下的光照强度，在本文中假定其为常数，E_L是来自于人造光的光照强度，这两种不同来源的光照强度由表面反射率ρ(x)来衡量，将人造光和自然光照强度的线性融合式用J(x)来表示，h_psf(x)是以点扩散函数为内核去除图像模糊的函数，*代表卷积运算，·表示矩阵点乘，而N代表的是随机噪声。

2)利用导向滤波器去除图像噪声，滤波过程如下：

设图像Ip(x)的线性变换如下：

其中ω(x)是以像素点x为中心，r为半径的邻域，r100，a_x和b_x是窗口ω(x) 内的系数常量，可通过式(3)和(4)计算得到。