CN111964650A - 一种水下目标跟踪装置 - Google Patents

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邓承志
徐晨光
吴朝明
张绍泉
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Abstract

本发明公开了一种水下目标跟踪装置，包括水下无人机，水下摄像头设置在水下无人机的外表面，用于拍摄水下的景象图像；图像处理器用于处理景象图像，根据目标物在景象图像中目标影像的位置确定目标物与水下无人机的位置，根据目标影像的与景象图像的比例大小确定目标物与水下无人机之间的距离；驱动器用于根据目标物与水下无人机之间的距离以及目标物与水下无人机的位置驱动水下无人机移动。本发明通过在水下无人机的多个角度的同时摄像，确定周围是否有目标物存在，根据多个包含目标物的图像以及其所拍摄的角度判断目标物相对于该水下无人机的位置，然后根据其中一个图像中的目标物的大小比例确定目标物的距离。

Description

一种水下目标跟踪装置
技术领域
本发明涉及目标跟踪辅助设备领域，特别涉及一种水下目标跟踪装置。
背景技术
在水下检测目标的时候，一般都会使用声呐的方式对目标物进行位置和距离的判断，简言之，就是跟踪设备通过声呐探测仪向周围发送声呐信号，声呐信号在接触带目标物之后返回，使得跟踪设备的声呐探测仪接收到该信号，这就可以通过接收到的声呐信号以及接收到的时间，确定目标物的位置和距离。这样的方式虽然可以准确的得到目标的位置和距离，但是对于声呐信号非常容易被目标物进行拦截或者篡改，使得接收到的信号非常容易失真，从而所得到的目标物的位置和距离也会失真。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种水下目标跟踪装置，通过在水下无人机的多个角度的同时摄像，确定周围是否有目标物存在，根据多个包含目标物的图像以及其所拍摄的角度判断目标物相对于该水下无人机的位置，然后根据其中一个图像中的目标物的大小比例确定目标物的距离。
为此，本发明提供一种水下目标跟踪装置，包括水下无人机，还包括：水下摄像头，设置在所述水下无人机的外表面，用于拍摄水下的景象图像；图像处理器，用于处理所述景象图像，根据目标物在所述景象图像中目标影像的位置确定所述目标物与所述水下无人机的位置，根据目标影像的与所述景象图像的比例大小确定所述目标物与所述水下无人机之间的距离；驱动器，用于根据所述目标物与所述水下无人机之间的距离以及所述目标物与所述水下无人机的位置驱动所述水下无人机移动。
进一步，所述水下摄像头的数量有多个，多个所述水下摄像头均匀的围绕所述水下无人机的表面周向环形设置，全所述水下摄像头的摄像范围能够包围所述水下无人机的周向。
更进一步，所述水下摄像头在拍摄所述景象图像的时候，在同一时间点同时拍摄得到全部的所述景象图像。
更进一步，还包括：图像拼接器，用于将每一个所述水下摄像头所拍摄的景象图像进行全景拼接得到全景图像，并在根据所述景象图像的拍摄位置在所述全景图像中标记位置，再将标记好的全景图像送入所述图像处理器中。
更进一步，还包括：图像选择器，用于筛选出每一个所述水下摄像头中包含所述目标影像的所述景象图像，并将所述目标影像位于所述景象图像中央的所述景象图像送入所述图像处理器中。
进一步，所述水下无人机的表面周向设置有环形的轨道，所述水下摄像头通过驱动机构在所述轨道上滑动。
更进一步，所述水下摄像头在所述驱动机构的作用下在所述轨道上移动一周，拍摄得到全景视频；图像转化器将所述全景视频转化为全景图像，再将标记好的全景图像送入所述图像处理器中。
更进一步，所述水下摄像头移动的方向按照顺时针方向或者逆时针方向。
本发明提供的一种水下目标跟踪装置，具有如下有益效果：
1、本发明通过在水下无人机的多个角度的同时摄像，确定周围是否有目标物存在，根据多个包含目标物的图像以及其所拍摄的角度判断目标物相对于该水下无人机的位置，然后根据其中一个图像中的目标物的大小比例确定目标物的距离；
2、本发明通过多个水下摄像头透视进行拍摄，并且截取同样像素比例的位置图像将其拼接为一个360度的全景图像，这样再通过判断目标物在全景图像中的位置，就可以得到目标物相对于该水下无人机的位置，这样在进行图像处理的时候，可以有效的提升运算的速度；
3、本发明在使用全景图像对目标物相对于该水下无人机的位置进行判断的时候，可以通过一个水下摄像头完成一圈的摄像，再将所拍摄的视频经过处理得到全景图像，这样就减少水下摄像机的使用。
附图说明
图1为本发明使用多个摄像头的时候的俯视结构示意图；
图2为本发明为图1状态下得到的景象图像示意图；
图3为本发明使用一个摄像头的时候的俯视结构示意图；
图4为本发明为图3状态下得到的全景图像示意图。
附图标记说明：
1、目标物；2、水下无人机；3、水下摄像头；4、摄像范围；5、景象图像；6、目标影像；7、轨道；8、全景图像。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的多个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本申请文件中，未经明确的部件型号以及结构，均为本领域技术人员所公知的现有技术，本领域技术人员均可根据实际情况的需要进行设定，在本申请文件的实施例中不做具体的限定。
实施例1
本实施例提供了一种水下目标跟踪装置，通过基本的必要技术特征实现本发明，以解决本申请文件中技术背景部分所提出的问题。
具体的，如图1-2所示，本发明实施例提供了一种水下目标跟踪装置，包括水下无人机2，还包括：水下摄像头3、图像处理器以及驱动器。其中，水下摄像头3设置在所述水下无人机2的外表面，用于拍摄水下的景象图像5。图像处理器用于处理所述景象图像5，根据目标物1在所述景象图像5中目标影像6的位置确定所述目标物1与所述水下无人机2的位置，根据目标影像6的与所述景象图像5的比例大小确定所述目标物1与所述水下无人机2之间的距离。驱动器用于根据所述目标物1与所述水下无人机2之间的距离以及所述目标物1与所述水下无人机2的位置驱动所述水下无人机2移动。
在本实施例中，水下无人机2在水下通过驱动器进行在水下的移动，在对目标物1进行跟踪的时候，要根据所述目标物1与所述水下无人机2之间的距离以及所述目标物1与所述水下无人机2的位置控制水下无人机2进行移动。
在本发明中，目标物1通过图像的形式进行录入，可以使用三维图像的格式进行录入，有处理器根据目标物1的三维图像得到目标物1在各个方向角度的投影，这些投影的图像既可以作为目标影像6。
在本实施例中，通过水下摄像头3拍摄水下的图像，所拍摄得到的图像即为景象图像5，然后通过图像处理器对所得到的景象图像5进行处理。具体的，首先通过图像识别技术提取出其中包括目标影像6的部分，如果其中没有包括目标影像6，则说明目标物1不在可以监控的范围内，这样就需要调整水下摄像头3的拍摄角度，重新进行拍摄，此时可以通过驱动器使得水下无人机2进行转向，然后在进行重新拍摄景象图像5；如果其中包含了目标影像6，则根据目标物1在所述景象图像5中目标影像6的位置确定所述目标物1与所述水下无人机2的位置，根据目标影像6的与所述景象图像5的比例大小确定所述目标物1与所述水下无人机2之间的距离，这样就可以使得驱动器控制水下无人机2向目标物1的方向前进。在跟踪的过程中，不断的重复上述工作。
在本发明中，由于目标物1的信息是提前录入的，因此，可以根据目标影像6在景象图像5中的尺寸比例得到目标物1距离水下无人机2的距离，目标影像6在景象图像5中的尺寸比例越大，说明目标影像6在景象图像5中越小，目标物1距离水下无人机2的距离越远。同时，根据目标影像6在景象图像5中位置，就可以得到目标物1相对于水下无人机2的位置，当目标影像6在景象图像5右面的时候，目标物1位于水下无人机2的右方。这样就得到了目标物1和水下无人机2之间的位置和距离，驱动器就可以根据这些信息驱动水下无人机2朝向目标物1的方向前进，从而完成跟踪。
在本发明中，使用的时候图像处理的技术，在拍摄到景象图像5之后，需要对景象图像5进行预处理，使得景象图像5变得更加的易于后期的图像识别提取技术的应用，同时，本发明没有使用声呐等微波技术，使得目标物1无法进行屏蔽。一般的，目标物1也是水下无人机。
实施例2
本实施例是基于实施例1并对实施例1中的实施方案进行优化，使得本实施例在运行的过程中更加的稳定，性能更加的良好，但是并不仅限于本实施例所描述的一种实施方式。
在本实施例中，如图1-2所示，使用多个水下摄像头3同时进行拍摄，得到水下无人机2周围的全方位的图像。
具体的，在本实施例中，所述水下摄像头3的数量有多个，多个所述水下摄像头3均匀的围绕所述水下无人机2的表面周向环形设置，全所述水下摄像头3的摄像范围4能够包围所述水下无人机2的周向。
如图2所示，这样就可以使得将水下无人机2周围的景象全面的进行覆盖，同时，在本实施例中，使用12个水下摄像头3，以时针的位置围绕着水下无人机2的周向进行分布，图2中，黑色圆点为目标物1，其目前位于水下摄像头3的摄像范围4之中。在图中可以看出，标记阴影的水下摄像头3的摄像范围4之后存在目标物1。
同时，在本实施例中，所述水下摄像头3在拍摄所述景象图像5的时候，在同一时间点同时拍摄得到全部的所述景象图像5。这样所得到的图像就是同一时间点的水下无人机2周围的景象，由于目标物1可能也是动态运行的，在同一时间获取水下无人机2周围的景象，没有时间差，可以使得对目标物1的位置判断更加的准确。
同时，在本实施例中，还包括：图像选择器。图像选择器用于筛选出每一个所述水下摄像头3中包含所述目标影像6的所述景象图像5，并将所述目标影像6位于所述景象图像5中央的所述景象图像5送入所述图像处理器中。
图2即是图1中标记阴影的水下摄像头3所拍摄的景象图像5，我们按照点钟方位，可以看出目标影像6分别出现在12点钟方向的景象图像5中、01点钟方向的景象图像5中以及02点钟方向的景象图像5中，其中，01点钟方向的景象图像5中目标影像6显示全面，而12点钟方向的景象图像5中和点钟方向的景象图像5中的目标影像6只有部分，因此，使用01点钟方向的景象图像5在图像处理器进行处理，在进行后续驱动水下无人机2的操作。
同时，在本实施例中，还包括：图像拼接器。图像拼接器用于将每一个所述水下摄像头3所拍摄的景象图像5进行全景拼接得到全景图像8，并在根据所述景象图像5的拍摄位置在所述全景图像8中标记位置，再将标记好的全景图像8送入所述图像处理器中。
在本实施例中，使用全景拼接可以得到连续平滑的全景图像8，即是图4所示的图像，在全景拼接中，将各个景象图像5根据拍摄时候的角度，依次顺序排列，将这些进行拼接，之后，在将相邻的两个景象图像5像素完全相同的部分取出其中一个，在将取出后的部分进行连接，这样就可以得到全景图像8，在对全景图像8进行平滑处理即可。例如，所得到的全景图像8如图4所示，同时，全景图像8的各个纵向标记位标记出各个点钟方向，这样就可以在全景图像中根据目标影像6的位置得到目标物1相对于水下无人机2的位置。
实施例3
本实施例是基于实施例1并对实施例1中的实施方案进行优化，使得本实施例在运行的过程中更加的稳定，性能更加的良好，但是并不仅限于本实施例所描述的一种实施方式。
在本实施例中，如图3-4所示，使用全景视频转化为全景图像8，这样可以使得对水下无人机2的周围有更加精确的图像数据。
具体的，在本实施例中，如图3所示，所述水下无人机2的表面周向设置有环形的轨道7，所述水下摄像头3通过驱动机构在所述轨道7上滑动。这样在调整水下摄像头3位置的时候，就可以通过驱动机构使得水下摄像头3在轨道7上滑动，这样就可以使得将水下摄像头3在水下无人机2的角度，使得水下无人机2无需进行自身的转动就可以得到相应角度的景象图像5。
同时，在本实施例中，所述水下摄像头3在所述驱动机构的作用下在所述轨道7上移动一周，拍摄得到全景视频；图像转化器将所述全景视频转化为全景图像8，再将标记好的全景图像8送入所述图像处理器中。
在本实施例中，将所拍摄得到的全景视频进行转化，得到全景图像8，在进行转化的时候，提取出全景视频的各个视频帧，使得每一个视频帧为一个景象图像5，之后根据视频帧上的时间戳的时间顺序对视频帧进行拼接，之后再将相邻的两个景象图像5像素完全相同的部分取出其中一个，在将取出后的部分进行连接，这样就可以得到全景图像8，在对全景图像8进行平滑处理即可。例如，所得到的全景图像8如图4所示，同时，全景图像8的各个纵向标记位标记出各个点钟方向，这样就可以在全景图像中根据目标影像6的位置得到目标物1相对于水下无人机2的位置。
同时，在本实施例中，所述水下摄像头3移动的方向按照顺时针方向或者逆时针方向。在本实施例中，根据水下摄像头3移动的方向在全景图像8的各个纵向标记位进行不同的标记，即，若是顺时针方向，则按照图4的点钟标记方向进行标记，若是逆时针方向，则按照图4的点钟标记方向的反方向进行标记。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水下目标跟踪装置，包括水下无人机(2)，其特征在于，还包括：
水下摄像头(3)，设置在所述水下无人机(2)的外表面，用于拍摄水下的景象图像(5)；
图像处理器，用于处理所述景象图像(5)，根据所述目标物(1)在所述景象图像(5)中目标影像(6)的位置确定所述目标物(1)与所述水下无人机(2)的位置，根据目标影像(6)的与所述景象图像(5)的比例大小确定所述目标物(1)与所述水下无人机(2)之间的距离；
驱动器，用于根据所述目标物(1)与所述水下无人机(2)之间的距离以及所述目标物(1)与所述水下无人机(2)的位置驱动所述水下无人机(2)移动。
2.如权利要求1所述的一种水下目标跟踪装置，其特征在于，所述水下摄像头(3)的数量有多个，多个所述水下摄像头(3)均匀的围绕所述水下无人机(2)的表面周向环形设置，全所述水下摄像头(3)的摄像范围(4)能够包围所述水下无人机(2)的周向。
3.如权利要求2所述的一种水下目标跟踪装置，其特征在于，所述水下摄像头(3)在拍摄所述景象图像(5)的时候，在同一时间点同时拍摄得到全部的所述景象图像(5)。
4.如权利要求3所述的一种水下目标跟踪装置，其特征在于，还包括：
图像拼接器，用于将每一个所述水下摄像头(3)所拍摄的景象图像(5)进行全景拼接得到全景图像(8)，并在根据所述景象图像(5)的拍摄位置在所述全景图像(8)中标记位置，再将标记好的全景图像(8)送入所述图像处理器中。
5.如权利要求3所述的一种水下目标跟踪装置，其特征在于，还包括：
图像选择器，用于筛选出每一个所述水下摄像头(3)中包含所述目标影像(6)的所述景象图像(5)，并将所述目标影像(6)位于所述景象图像(5)中央的所述景象图像(5)送入所述图像处理器中。
6.如权利要求1所述的一种水下目标跟踪装置，其特征在于，所述水下无人机(2)的表面周向设置有环形的轨道(7)，所述水下摄像头(3)通过驱动机构在所述轨道(7)上滑动。
7.如权利要求6所述的一种水下目标跟踪装置，其特征在于，所述水下摄像头(3)在所述驱动机构的作用下在所述轨道(7)上移动一周，拍摄得到全景视频；
图像转化器将所述全景视频转化为全景图像(8)，再将标记好的全景图像(8)送入所述图像处理器中。
8.如权利要求7所述的一种水下目标跟踪装置，其特征在于，所述水下摄像头(3)移动的方向按照顺时针方向或者逆时针方向。
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