發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 06:17

　　 我國作為海洋大國,對海洋資源的開發(fā)利用具有重要的軍事和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。水下航行器是海洋資源探測、開發(fā)和利用的重要工具。仿生水下航行器由于在機(jī)動(dòng)性、能耗、隱蔽性等方面都具有較大優(yōu)勢,近年來得到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。在近水、淺水環(huán)境中,利用立體視覺傳感器可以獲取比傳統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)備具有更加豐富的圖像信息,進(jìn)而可以提高航行器對復(fù)雜位置環(huán)境的感知能力和自主航行能力。然而,水下視覺技術(shù)需要解決成像質(zhì)量差、對環(huán)境敏感、魯棒性低等難點(diǎn)問題。對此,本文在軍委科技委和船舶工業(yè)工程研究院項(xiàng)目的支持下,重點(diǎn)研究水下仿生航行器光學(xué)目標(biāo)檢測跟蹤及試驗(yàn)平臺構(gòu)建問題,具體研究內(nèi)容如下。針對水下視覺技術(shù),本文以激光束為研究目標(biāo),分析其水下成像特點(diǎn),利用顏色特征和幾何特征融合增強(qiáng)目標(biāo)對比度,通過形態(tài)學(xué)運(yùn)算、目標(biāo)直線擬合等方法對目標(biāo)檢測,在曲線擬合部分,通過上下搜索的方法可以提高檢測的魯棒性;在目標(biāo)特征點(diǎn)變化、水下背景單一情況下,研究了基于信息融合的卡爾曼濾波跟蹤技術(shù),以解決目標(biāo)跟蹤問題,同時(shí)針對特定目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)動(dòng)模板跟蹤算法,提高跟蹤效果。通過室內(nèi)試驗(yàn),驗(yàn)證和評估了目標(biāo)跟蹤性能。分析了水下和空氣中相機(jī)模型的差異,推導(dǎo)水下目標(biāo)距離相機(jī)不同位置引起圖像畸變的關(guān)系,并通過室內(nèi)、水下相機(jī)標(biāo)定驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上建立了雙目視覺模型,解算了目標(biāo)相對相機(jī)的空間位置。通過室內(nèi)試驗(yàn),驗(yàn)證和評估了空間位置的解算精度。設(shè)計(jì)制作了依靠BCF運(yùn)動(dòng)方式(如黑魚型)的仿生水下航行器,水下試驗(yàn)表明該仿生魚具有較好的機(jī)動(dòng)性能,實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑小于一倍體長;游動(dòng)速度滿足了項(xiàng)目要求,但是提升空間較大。開展了仿黑魚航行器室外水下游動(dòng)和目標(biāo)跟蹤試驗(yàn)。在該航行器平臺上,完成了基于視覺的感知和控制算法的代碼實(shí)現(xiàn)和模塊測試,以及利用水下雙目視覺檢測跟蹤水下激光束目標(biāo)的游動(dòng)試驗(yàn)�；�于實(shí)測數(shù)據(jù)評估了控制算法,目標(biāo)位置解算模型和跟蹤算法的準(zhǔn)確性和魯棒性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;O439
【部分圖文】：

供了理論基礎(chǔ)。ＰａｔａｒＥｂｅｎｅｚｅｒＳｉｔｏｒｕｓ團(tuán)隊(duì)［１４］設(shè)計(jì)一種以一堆胸鰭作為動(dòng)力的仿生??魚，該仿生魚驗(yàn)證了以成對胸鰭做了推進(jìn)器的可能性。??如圖１－１所示，圖中是一款名為“ＯｃｅａｎＯｎｅ”、能探索水下世界的人形機(jī)器人，??該機(jī)器人是在２０１６年，由一支斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)研制成功。該機(jī)器人在背面搭載??了髙性能的計(jì)算單元、電池、推進(jìn)器，使它能像真人一樣游泳。它身高５英尺，??使用人工智能和觸覺反饋系統(tǒng)，其中所搭載的立體視覺系統(tǒng)向終端傳遞的信息，??是感知周圍環(huán)境的重要模塊。??圖１－１斯坦福大學(xué)的ＯｃｅａｎＯｎｅ水下仿生機(jī)器人正在水下作業(yè)??３??

實(shí)際上國內(nèi)的許多商業(yè)公司也進(jìn)行仿生魚研宄，博雅工道公司的ＲＯＢＯＳＥＡ系列??機(jī)器魚在水下攝影、無線遙控方面具有不錯(cuò)的性能。韓端科技公司所研制的多關(guān)??節(jié)仿生魚，圖１－２所示，在外形和機(jī)動(dòng)性能上與真魚相似度較高，??麵麵??圖１－?２韓端科技公司研制的仿生魚??１．３主要內(nèi)容??雙目視覺技術(shù)在獲取目標(biāo)三維信息方面具有很大的優(yōu)勢，本文在軍委科技委??和船舶工業(yè)工程研究院項(xiàng)目的支持下，將雙目相機(jī)作為水下光視覺技術(shù)的核心模??塊，研宄水下光學(xué)目標(biāo)檢測跟蹤技術(shù)，并通過搭建仿生水下航行器，實(shí)現(xiàn)水下光??束目標(biāo)的隨動(dòng)跟蹤。具體研宄內(nèi)容如下：??１）

??圖２－?１光的折射示意圖??ｔ?ｍ??圖２－?２空氣中與水下畸變對比??３）浮游物質(zhì)和水流對成像的影響??水的密度、浮力遠(yuǎn)大于空氣，因此在水中有許多浮游生物和物質(zhì)，導(dǎo)致水下??可視距離較短，因水流的作用，這些生物、物質(zhì)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)目標(biāo)為激光束??時(shí)，成像主要依賴于這些物質(zhì)對激光的反射，因此會造成激光束在水下成像為不??連續(xù)的光斑，呈不固定狀態(tài)。因激光束為非實(shí)體狀態(tài)，因此成像質(zhì)量和水下環(huán)境??渾濁度、激光束功率大小有很大的關(guān)系，當(dāng)激光功率髙、水質(zhì)不夠清澈時(shí)，成像??９??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2892662