[发明专利]一种光栅化管道的前视成像声呐与双目相机联合仿真方法

说明书

本发明公开了一种光栅化管道的前视成像声呐与双目相机联合仿真方法，涉及图像领域。构建前视成像声呐与双目相机的视频目标跟踪系统；在Gazebo框架下导入双目相机模型并加入目标，通过发布话题的方式利用ROS系统下一种显示多种数据的三维可视化平台—Rviz对左右目中的图像进行观测；模拟水下声呐的工作过程，由Gazebo模拟器和机器人构建套件(ROCK)框架之间的集成组成虚拟场景，通过着色器渲染从OpenSceneGraph 3D场景帧中提取深度、强度缓冲及角度失真值的3通道矩阵，随后进行融合和处理生成合成声呐数据；计算水下目标在水下多传感器检测跟踪系统坐标系和成像声呐等坐标系下的测量值。本发明提供了基于角、线和形状的特征检测算法的声呐模拟器，提高生成的声呐图像的逼真度。

技术领域

本发明涉及图像领域，尤其涉及一种光栅化管道的前视成像声呐与双目相机联合仿真方法。

背景技术

当前，在水下操作与控制装备领域具有重大发展需求。其中，面向水下无人作业的目标运动状态估计是关键技术瓶颈之一。常用的自主水下航行器(AUV)常在透光区下方运行，具有高浊度和巨大的光散射，使得光学设备的图像质量受到短距离、人工照明和清晰可见度条件的限制。为解决此限制，目前主要使用高频声呐应用于AUV的导航与感知系统。高频声呐发射的声波受水衰减的影响较小，有助于在更大范围内工作，即使在能见度低至零的情况下，刷新率也很快，但也有不足，如提供的噪声数据分辨率较低，解释难度较大。为方便研究，可以采用声呐仿真，而现有的仿真方法，由于声学物理的复杂性，往往需要很大的计算效率。近年来，随着人工智能在各个领域的普及，水下操作与控制装备获得了进一步的发展。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种光栅化管道的前视成像声呐与双目相机联合仿真方法。考虑了深海领域中的环境特点，以及成像声呐成像特点，设计一种基于光栅化管道的前视成像声呐与双目相机联合仿真系统及方法，声呐操作模拟允许评估算法和控制系统，无需进入真实的水下环境，降低了现场试验的成本和风险，利用GPU上的OpenGL着色语言链解决了实时水下成像声呐仿真问题，推动了水下无人仿真操作与控制技术的发展。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是实际水下声呐实验对硬件要求高，高频声呐数据解释难度较大，声呐仿真对计算效率要求高，提高生成图像的逼真度。

为实现上述目的，本发明提供了一种光栅化管道的前视成像声呐与双目相机联合仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、构建基于前视成像声呐与双目相机的视频目标跟踪系统，完成传感器插件的配置与仿真环境的搭建；

步骤2、在Gazebo框架下导入双目相机模型并加入目标，通过发布话题的方式利用Rviz对左右目中的图像进行观测；

步骤3、通过计算机仿真的方式，模拟水下声呐的工作过程，由Gazebo模拟器和机器人构建套件(ROCK)框架之间的集成组成虚拟场景，再通过着色器渲染从OpenSceneGraph3D场景帧中提取具有深度、强度缓冲及角度失真值的3通道矩阵，随后进行融合和处理以生成合成声呐数据；

步骤4、基于多传感器成像特性，计算水下目标在水下多传感器检测跟踪系统坐标系和成像声呐坐标系下的测量值。

进一步地，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、设计基于光栅化管道的前视成像声呐与双目相机的水下目标仿真系统；

步骤1.2、在Gazebo框架内完成对仿真环境的配置。

进一步地，所述步骤1.1包括系统机构设计、传感器插件设计、目标模型设计。

进一步地，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1、启动双目相机元件的launch文件，应用于空的世界模型empty world中，并发布左右目图像的话题，用于后续观测成像；