發(fā)布時間：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)濟價值。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動性、能耗、隱蔽性等方面都具有較大優(yōu)勢,近年來得到工業(yè)界和學術界的關注。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)的聲學設備具有更加豐富的圖像信息,進而可以提高航行器對復雜位置環(huán)境的感知能力和自主航行能力。然而,水下視覺技術需要解決成像質量差、對環(huán)境敏感、魯棒性低等難點問題。對此,本文在軍委科技委和船舶工業(yè)工程研究院項目的支持下,重點研究水下仿生航行器光學目標檢測跟蹤及試驗平臺構建問題,具體研究內(nèi)容如下。針對水下視覺技術,本文以激光束為研究目標,分析其水下成像特點,利用顏色特征和幾何特征融合增強目標對比度,通過形態(tài)學運算、目標直線擬合等方法對目標檢測,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;在目標特征點變化、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,以解決目標跟蹤問題,同時針對特定目標優(yōu)化運動模板跟蹤算法,提高跟蹤效果。通過室內(nèi)試驗,驗證和評估了目標跟蹤性能。分析了水下和空氣中相機模型的差異,推導水下目標距離相機不同位置引起圖像畸變的關系,并通過室內(nèi)、水下相機標定驗證,在此基礎上建立了雙目視覺模型,解算了目標相對相機的空間位置。通過室內(nèi)試驗,驗證和評估了空間位置的解算精度。設計制作了依靠BCF運動方式(如黑魚型)的仿生水下航行器,水下試驗表明該仿生魚具有較好的機動性能,實際轉彎半徑小于一倍體長;游動速度滿足了項目要求,但是提升空間較大。開展了仿黑魚航行器室外水下游動和目標跟蹤試驗。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的游動試驗�；�于實測數(shù)據(jù)評估了控制算法,目標位置解算模型和跟蹤算法的準確性和魯棒性。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;O439
【部分圖文】：

供了理論基礎。ＰａｔａｒＥｂｅｎｅｚｅｒＳｉｔｏｒｕｓ團隊［１４］設計一種以一堆胸鰭作為動力的仿生??魚，該仿生魚驗證了以成對胸鰭做了推進器的可能性。??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器人，??該機器人是在２０１６年，由一支斯坦福大學的團隊研制成功。該機器人在背面搭載??了髙性能的計算單元、電池、推進器，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斯坦福大學的ＯｃｅａｎＯｎｅ水下仿生機器人正在水下作業(yè)??３??

實際上國內(nèi)的許多商業(yè)公司也進行仿生魚研宄，博雅工道公司的ＲＯＢＯＳＥＡ系列??機器魚在水下攝影、無線遙控方面具有不錯的性能。韓端科技公司所研制的多關??節(jié)仿生魚，圖１－２所示，在外形和機動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??雙目視覺技術在獲取目標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)工程研究院項目的支持下，將雙目相機作為水下光視覺技術的核心模??塊，研宄水下光學目標檢測跟蹤技術，并通過搭建仿生水下航行器，實現(xiàn)水下光??束目標的隨動跟蹤。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）浮游物質和水流對成像的影響??水的密度、浮力遠大于空氣，因此在水中有許多浮游生物和物質，導致水下??可視距離較短，因水流的作用，這些生物、物質處于運動狀態(tài)，當目標為激光束??時，成像主要依賴于這些物質對激光的反射，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)。因激光束為非實體狀態(tài)，因此成像質量和水下環(huán)境??渾濁度、激光束功率大小有很大的關系，當激光功率髙、水質不夠清澈時，成像??９??
【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

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相關碩士學位論文 前1條

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本文編號：2892662