[发明专利]一种用于AUV对接回收的光视觉引导方法

权利要求书

1.一种用于AUV对接回收的光视觉引导方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：当AUV进行近距离对接时，利用搭载的立体相机，采集水下基站光源阵列的左右图像对；

所述的水下基站包括锥形导向罩和回收管，回收管与锥形导向罩半径较小的一端连接；所述的光源阵列由四个LED波长为540nm的黄绿光源组成，四个LED光源分别布置在锥形导向罩半径较大一端的上、下、左、右边缘处，整体构成正方形灯阵；

步骤2：对采集到的左右图像对分别进行自适应二值化和伪光源剔除，获取所有光源在图像中的位置，得到左图像的光源集合{Sl_i}和右图像的光源集合{Sr_i}；

步骤3：对左图像的光源集合{Sl_i}和右图像的光源集合{Sr_i}分别进行光源特征提取，对比左右图像中光源特征一致性进行配对，并通过极线搜索判断是否正确匹配：

步骤3.1：计算左图像的光源集合{Sl_i}和右图像的光源集合{Sr_i}中每个光源的灰度方向特征θ_c；

θ_c＝arctan(m₀₁/m₁₀)

提取灰度质心方向：对每个光源成像的像素区域O_patch中，计算图像区域的矩：

其中，(x,y)表示光源成像的像素区域O_patch中像素的位置，I(x,y)表示该像素的灰度值；

步骤3.2：计算左图像的光源集合{Sl_i}和右图像的光源集合{Sr_i}中每个光源的椭圆拟合主方向特征θ_q；

对于光源的轮廓，利用直接最小二乘的椭圆拟合算法，得到光源轮廓近似椭圆的参数；已知平面椭圆的一般方程：

ax²+bxy+cy²+dx+ey+f＝0

令A＝[a,b,c,d,e,f]^T，X＝[x²,xy,y²,x,y,1]^T，将方程写成矩阵形式A^TX＝0；已知一个椭圆方程有6个自由度，需要至少6个已知点来唯一确定一个椭圆，因此拟合椭圆的最优化问题表示为：

其中，D表示数据样本集合，维数为n×6；n表示样本数，即每个光源轮廓边缘像素点的个数；通过求解上式最小二乘问题，即可得到拟合椭圆的参数A＝[a,b,c,d,e,f]^T；

步骤3.3：从左图像的光源集合{Sl_i}中选择一个光源，依次计算其与右图像的光源集合{Sr_i}中四个光源的特征相似度ρ，选择对应相似度ρ最大的光源匹配在一起；若左图像的某一光源与右图像中四个光源的特征相似度ρ均小于设定的阈值，则该光源匹配失败，执行步骤3.4；重复步骤3.3，直至完成四对光源的配对；

其中，θ_cl表示左图像中某一光源的灰度方向特征；θ_cr表示右图像中某一光源的灰度方向特征；θ_ql表示左图像中某一光源的椭圆拟合主方向特征；θ_qr表示右图像中某一光源的椭圆拟合主方向特征；

步骤3.4：对于匹配失败的左图像中某一光源，选取该光源中心P在左相机坐标系下的归一化点P′(x′,y′,1)和较远处任意给定深度值的点P″(x″,y″,z″)，通过双目相机的转移矩阵T＝[R|t]和右相机内参K₂，得到右相机像素平面下的成像点，从而唯一确定极线l₂；选择右图像中在极线l₂上的光源，完成匹配；

步骤4：将每个光源的拟合椭圆的中心作为每个光源的像素中心；利用三角测量原理，计算出每个光源在左相机坐标系下的空间位置，将四个光源的平均数作为水下基站的空间位置(x_o,y_o,z_o)。