[发明专利]一种用于AUV对接回收的光视觉引导方法

说明书

本发明属于水下航行器的对接回收技术领域，具体涉及一种用于AUV对接回收的光视觉引导方法。本发明的步骤包括光源识别、光源匹配和立体测距，光源识别是通过自适应识别算法和伪光源判别算法，识别图像中正确的光源成像；光源匹配是将立体图像的左右图像中识别到的光源，通过定义的光源特征进行配对，并利用极线搜索算法保证配对准确性；立体测距是采用三角测量方法计算已配准光源的三维坐标，并通过最小二乘法优化光源位置。本发明可靠性好、精度高，在有干扰的水下环境中能准确识别出基站光源，并得到精确的基站位置。

技术领域

本发明属于水下航行器的对接回收技术领域，具体涉及一种用于AUV对接回收的光视觉引导方法。

背景技术

AUV在水下执行特定任务时，为保证工作效率，需要在水下完成与基站的自主对接，实现给AUV电源充电、下载数据、并上传新的任务计划，从而执行下一个任务。与水面母船回收相比，水下对接回收具有隐蔽性好、自主化程度高、不间断作业等优点。作为AUV对接回收的关键技术之一，水下引导技术可以分为声学引导、电磁引导和光视觉引导。声学引导通常利用超短基线定位，为AUV提供水下基站的大致位置，精确度不高，通常用于对接的远距离阶段。电磁引导在近距离阶段可以得到基站的准确位置，但需要在水下提前布置较大功率的无线电传感器阵列，以克服水对电磁波的衰减，并且不适合基站移动的AUV动态对接。光视觉引导技术，即一种利用AUV自身携带的视觉传感器，主动识别基站的光源，通过一定的方法得到基站位置的技术，因其成本较低、灵活度好、可靠度高等特点，非常适合用于AUV水下对接的近距离引导.

本发明涉及的水下光视觉引导方法，该方法首先利用光源识别模块提取图像中正确的光源位置，接着通过光源匹配模块将立体图像中的光源进行准确的配对，最后经过立体测距模块得到精确的基站位置。

公开日为2015年07月08日、公开号为CN104766312A、发明名称为“一种基于双目光视觉引导的智能水下机器人自主对接方法”的专利申请，该方法的光视觉引导部分虽然与本发明实现相同的目的，但具体在光源识别、光源匹配和计算光源位置部分采用的方法，与发明完全不同。

公开日为2020年09月29日、公开号为CN111721259A、发明名称为“基于双目视觉的水下机器人回收定位方法”的专利申请，该方法实现的是单光源的引导方法，并且没有伪光源剔除的部分。本发明能够实现在复杂干扰环境下的多光源基站定位。

发明内容

本发明的目的在于提供可靠性好、精度高，在有干扰的水下环境中能准确识别出基站光源，并得到精确的基站位置的一种用于AUV对接回收的光视觉引导方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现，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)