CN107830860B - 一种无人艇起吊回收视觉引导方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无人艇起吊回收视觉引导方法，包括以下步骤：在无人艇远离母船时旋转云台扫描采集海天区域图像，确定目标位置区域，提取目标特征参数，跟母船特征参数比对，确认母船身份；对母船距离和方位进行测量，根据母船方位将无人艇引导到母船附近一定位置；然后采集母船图像，寻找母船上的定位标志，根据定位标志的图像尺寸确定无人听绕行母船或接近或远离母船行驶，采集定位标志图像跟无人艇正确起吊位置采集的定位标志图像匹配时固定无人艇和母船的位置，等待起吊装置对无人艇起吊回收。

Description

一种无人艇起吊回收视觉引导方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术，具体涉及一种无人艇起吊回收视觉引导方法。
背景技术
无人艇的使用具有机动灵活、隐蔽性好、活动区域广、使用成本低等特点。目前，无人水面艇服役数量很少，主要用于执行海上监视侦察、反水雷战、电子战等军事任务。随着智能化程度的不断提高，在将来无人艇必将广泛应用于海洋工程及海洋军事领域。当前无人艇的布放与回收只能在低航速、低海况下人工操作进行，效率低、危险性大。安全、可靠、快速的无人艇自主布放和回收系统是无人艇推广使用急需突破的瓶颈。
无人艇的布放和回收技术是无人水面艇能否成功运行的关键，也是衡量无人系统先进性的核心指标之一。随着无人艇在维护海洋主权中发挥越来越重要的作用，研发和推广普及自主的无人艇布放与回收系统必将成为大势所趋。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种无人艇起吊回收视觉引导方法。
技术方案：本发明一种无人艇起吊回收视觉引导方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
(1)母船位置搜寻和身份确认：如果成像条件良好，在无人艇远离母船时旋转云台扫描并采集海天区域图像，确定目标位置区域；提取目标特征参数，跟母船特征参数比对，确认母船身份，如成像条件较差，则不再采用图像目标特征来确认母船身份，而直接由无线电通讯确定；
(2)母船位置和方位检测：在无人艇距离母船较远时(距离30m以上)，采用激光传感器对母船距离和方位进行测量，根据母船方位将无人艇引导到母船的附近(一般在30m以内)；此过程中需对母船进行连续跟踪定位，并定期测距和晃动检测；
(3)近距离起吊回收的精确导引：无人艇距离母船30m内时，通过透雾摄像机采集母船图像，寻找母船上的定位标志，根据定位标志的椭圆长轴长度和直线段长度图像尺寸确定无人艇绕行方向和接近或远离母船行驶；当待采集定位标志图像跟无人艇正确起吊位置采集的定位标志图像匹配时，固定无人艇和母船的位置，等待起吊装置对无人挺起吊回收。
为增强测量精度，所述步骤(1)中，无人艇上安装有透雾摄像机、激光测距传感器和六轴陀螺仪，且透雾摄像机和激光测距传感器固定于无人艇的云台上，同时激光测距传感器与透雾摄像机安装方向相同，通过透雾摄像机完成视频采集，在视频中捕获单帧图像，然后对该图像利用霍夫变换确定海天线位置。而提取的目标参数有：描述母船甲板以上部分的轮廓参数、宽度随在高度方向上的数值的信息熵、高度在宽度方向上的信息熵、以及甲板以上部分的轮廓的一阶矩和二阶矩
所述步骤(2)中，若确认是母船且无人艇距离母船较远时，采用设置激光测距传感器朝向母船测量无人艇和母船之间的距离，使用六轴陀螺仪采集无人艇在风浪作用下的升沉和晃动，通过滤波实现距离的精确测量。
所述步骤(3)中，所述母船定位标志安装于母船船体一侧，母船定位标志为两个圆且两个圆中间各有一横线。
当无人艇在正确的起吊位置时，采集母船定位标志的图像并保存，作为以后定位的参考。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)在成像条件较好时，采集疑似母船目标的水平和垂直边缘的信息熵以及目标边缘的一阶矩和二阶矩用于对母船身份进行确定，可减小无人艇被劫持的可能。
(2)在无人艇距离母船较远时，采用激光传感器对两者距离进行测量，测量精度，在无人艇距离母船较近时，采用图像对无人艇相对母船的距离和方位进行分析测量，两个方法能兼顾测量精度和实时性。
(3)母船上的起吊定位标志为一个圆加一条线的图案，可检测成像中两个椭圆的长轴的长度或椭圆区域内部直线的长度，来判断无人艇相对母船的方位和位置，增加引导的可靠性，并且不受无人艇相对母船的倾斜和摆动的影响。
总的来说，本发明中激光测距传感器与透雾摄像机能够实现优势互补；再加上母船上定位标志的选择，使得结果可靠，适应于无人艇和母船的相对摇摆和晃动。
附图说明
图1为本发明在成像条件较好时的整体流程图；
图2为本发明中的起吊回收定位标记示意图；
图3为实施例中无人艇采集母船定位标志的成像示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的无人艇起吊回收视觉引导方法，包括以下步骤：
(1)母船位置搜寻和身份确认：在无人艇远离母船时旋转云台扫描采集海天区域图像，确定目标位置区域；提取目标特征参数，跟母船特征参数比对，确认母船身份；
(2)母船位置和方位检测：通过激光传感器远距离时实现对母船距离和方位进行测量，根据母船方位将无人艇引导到母船附近一定位置；
(3)近距离时通过图像匹配实现起吊回收的精确导引：在近距离时采集母船图像，寻找母船上的定位标志，根据定位标志的图像尺寸确定无人听绕行母船、接近或远离母船行驶，待采集定位标志图像跟无人艇正确起吊位置采集的定位标志图像匹配时固定无人艇和母船的位置，等待起吊装置对无人挺起吊回收。
实施例1：
本实施例中，当无人艇远离母船时，旋转无人艇上的云台来扫描和采集海天区域图像，利用hough变换海天线位置，在海天交界区域提取疑似母船目标位置区域；提取疑似母船目标特征参数。因为船舶随着吃水线的变化，其特征参数也随之变化，为提高特征参数的稳定性，检测船的甲板位置(在母船位置使用，高于海天线的最长的直线作为甲板位置)，提取甲板以上建筑结构的水平和垂直方向的投影，以及外轮廓的复杂度作为特征参数，跟母船特征参数比对，确认母船身份；
在无人艇远离母船时，采用激光测距感器对母船进行测距，并对无人艇的姿态通过六轴陀螺仪进行检测，对距离信息进行修正；然后根据母船方位将无人艇引导到母船附近一定位置(最终距离母船30米以内后再将无人艇引导于母船的吊钩正下方)。
当无人艇距离母船距离较近时，根据采集的母船图像，寻找母船上的定位标志。如图2所示，定位标志为两个圆(实际采集的图像则显示为椭圆)和两条直线。同时检测成像的椭圆的长轴和两条直线的长度，如果左边椭圆的长轴和直线段长度都大于右边椭圆的长轴和直线段的长度则判断母船在无人艇右前方，同时采用椭圆长轴和直线段的长度判断方位防止干扰影响引起误判，如图3所示。
圆形定位标志不受母船姿态的影响，每个椭圆中只有一条直线需要检测，而不是采用垂直的两条直线，避免母船姿态倾斜带来检测困难。并根据长轴的长度和直线段的长度判断无人艇相对母船的距离，控制无人艇接近或远离母船行驶。待采集定位标志图像跟无人艇正确起吊位置采集的定位标志图像大小和位置都匹配时，锁定无人艇和母船的位置，等待起吊装置对无人挺起吊回收。
综上所述，本发明中的透雾摄像机用于较近距离(例如30m内)时的位置引导，通过定位标志判断无人艇相对母船的方位；激光测距是较远(例如30m以上)时的距离测量，用于判断无人艇和母船间的距离，远距离时用双目视觉测距受图像清晰度影响，远距离时距离测量误差较大，两者在母船的距离和方位检测时形成互补。

Claims (5)

1.一种无人艇起吊回收视觉引导方法，其特征在于：依次包括以下步骤：
(1)母船位置搜寻和身份确认：如果成像条件良好，在无人艇远离母船时旋转云台扫描并采集海天区域图像，确定目标位置区域；提取目标特征参数，跟母船特征参数比对，确认母船身份；如成像条件较差，则不再采用图像目标特征来确认母船身份，而直接由无线电通讯确定；
(2)母船位置和方位检测：在无人艇距离母船较远时，采用激光测距传感器对母船距离和方位进行测量，根据母船方位将无人艇引导到母船的较近距离；此过程中需对母船进行连续跟踪定位，并定期测距和晃动检测；
(3)近距离起吊回收的精确导引：通过透雾摄像机采集母船图像，寻找母船上的定位标志，根据定位标志的椭圆长轴长度和直线段长度图像尺寸确定无人艇绕行方向和接近或远离母船行驶；当待采集定位标志图像跟无人艇正确起吊位置采集的定位标志图像匹配时，固定无人艇和母船的位置，等待起吊装置对无人艇起吊回收；其中，所述母船上的定位标志安装于母船船体一侧，母船定位标志为两个圆且两个圆中间各有一横线。
2.根据权利要求1所述的无人艇起吊回收视觉引导方法，其特征在于：所述步骤(1)中，无人艇上安装有透雾摄像机、激光测距传感器和六轴陀螺仪，且透雾摄像机和激光测距传感器固定于无人艇的云台上，同时激光测距传感器与透雾摄像机安装方向相同，通过透雾摄像机完成视频采集，在视频中捕获单帧图像，然后对该图像利用霍夫变换确定海天线位置。
3.根据权利要求1所述的无人艇起吊回收视觉引导方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所提取的目标参数有：描述母船甲板以上部分的轮廓参数、宽度随在高度方向上的数值的信息熵、高度在宽度方向上的信息熵、以及甲板以上部分的轮廓的一阶矩和二阶矩。
4.根据权利要求1所述的无人艇起吊回收视觉引导方法，其特征在于：所述步骤(2)中，若确认是母船且无人艇距离母船较远时，采用设置激光测距传感器朝向母船测量无人艇和母船之间的距离，使用六轴陀螺仪采集无人艇在风浪作用下的升沉和晃动，通过滤波实现距离的精确测量。
5.根据权利要求1所述的无人艇起吊回收视觉引导方法，其特征在于：当无人艇在正确的起吊位置时，采集母船定位标志的图像并保存，作为以后定位的参考。
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