CN113285765B - 水下机器人的通信方法、电子设备和水下机器人 - Google Patents

Abstract

本申请一种水下机器人的通信方法、电子设备和水下机器人，包括所述水下机器人利用单目摄像机采集光学信标运动的第一图像视频；获取所述第一图像视频的每帧图像中所述光学信标的灰度值；比较所述灰度值和亮度阈值，得到灯码序列，所述亮度阈值包括所述第一图像视频的每帧图像中所述光学信标的所述灰度值的平均值；将所述灯码序列聚合为灯码；解调所述灯码以得到灯码代码；根据所述灯码代码改变运动姿态或跟踪所述光学信标的运动轨迹。根据本申请的技术方案，利用单目像机采集到视频后，对光学信标定位，获取光学信标的运动轨迹，并和运动轨迹库进行匹配，识别运动轨迹，实现水下机器人的运动控制。

Description

水下机器人的通信方法、电子设备和水下机器人

技术领域

本申请涉及水下机器人运动控制领域，具体而言，涉及一种水下机器人的通信方法、电子设备和水下机器人。

背景技术

目前，水下机器人水下10米内的通信方式主要是脐带缆和声学通信方式。脐带缆的通信方式会因为缆线的阻力大导致水下机器人运动困难，且当水下机器人在水下作业时，缆线不方便收放。对于声学通信方式，不管是声音的发射端还是接收端，都需要一个成本高且体积大的设备，无法集成到微型水下机器人上。

现有的基于光学的水下机器人的信号传输的方案，既需要在发射端进行编码，也需要在水下机器人集成解码设备，很占有水下机器人的空间。

另外，通用捕捉运动轨迹的方案主要是利用双目摄像头进行全身捕捉，从而定位到肢体位置，来获得肢体的运动轨迹。此方案需要水下机器人具备双目摄像机和高性能的处理器，导致成本比较高，并且该方案无法识别站位靠近或者前后站位的人体特征，也无法集成到微型水下机器人系统中。

发明内容

本申请提供了一种水下机器人的通信方法、电子设备和水下机器人，能够和光学信标进行光学通信，且具有成本低、体积小、功耗低等优点，解决了使用者在水下使用水下机器人时的缆线缠绕和携带不便的难题，。

根据本申请的一方面，提出一种基于光学的水下机器人的通信方法，包括所述水下机器人利用单目摄像机采集光学信标运动的第一图像视频；获取所述第一图像视频的每帧图像中所述光学信标的灰度值；比较所述灰度值和亮度阈值，得到灯码序列，所述亮度阈值包括所述第一图像视频的每帧图像中所述光学信标的所述灰度值的平均值；将所述灯码序列聚合为灯码；解调所述灯码以得到灯码代码；根据所述灯码代码改变运动姿态或跟踪所述光学信标的运动轨迹。

根据一些实施例，所述水下机器人预置灯码编码表，所述解调所述灯码以得到灯码代码，包括计算所述灯码与所述灯码编码表中每一个编码序列的欧拉距离；利用所述欧拉距离，查找所述灯码编码表中与所述灯码相同的所述编码序列；在所述灯码编码表中查找与所述编码序列对应的所述灯码代码。

根据一些实施例，所述水下机器人预置有预先训练的轨迹库和运动轨迹编码表，所述轨迹库中包括运动轨迹图形和速度矢量分布，所述运动轨迹图形和所述速度矢量分布一一对应，所述运动轨迹编码表中包括所述运动轨迹图形和运动轨迹代码，所述运动轨迹图形和所述运动轨迹代码一一对应，所述跟踪所述光学信标的运动轨迹，包括利用所述单目摄像机采集所述光学信标运动的第二图像视频；获取所述第二图像视频中所述光学信标的坐标；拟合第一相邻两个运动点的所述坐标以得到所述光学信标的运动轨迹，其中所述第一相邻两个运动点为所述第二图像视频中相邻两帧图像中的所述光学信标；利用拟合的所述光学信标的运动轨迹计算所述第一相邻两个运动点的速度矢量分布；在所述轨迹库中查找与所述第一相邻两个坐标的所述速度矢量分布相对应的所述运动轨迹图形；利用所述运动轨迹编码表查找与所述运动轨迹图形对应的所述运动轨迹代码。

根据一些实施例，所述运动轨迹图形包括圆形、三角形、L形、水平方向和垂直方向。

根据一些实施例，在所述利用所述单目摄像机采集所述光学信标运动的第二图像视频之前，包括获取指定的所述运动轨迹图形；利用所述单目摄像机采集所述光学信标根据所述指定的所述运动轨迹图形进行运动的第三运动轨迹图像视频；利用所述第三运动轨迹图像视频获得所述光学信标的坐标；拟合第二相邻两个运动点的所述坐标以得到所述光学信标的运动轨迹，其中所述第二相邻两个运动点为所述第三图像视频中相邻两帧图像中的所述光学信标；利用拟合的所述光学信标的运动轨迹计算所述第二相邻两个运动点的速度矢量分布；将指定的所述运动轨迹图形与所述第二相邻两个运动点的速度矢量分布保存到所述轨迹库中。

根据一些实施例，在平面上，将运动方向范围分成多个扇区，所述计算所述第二相邻两个运动点的速度矢量分布，包括计算所述第二相邻两个运动点的速度矢量；确定所述第二相邻两个运动点的速度矢量分别落入哪个扇区中，其中所述扇区是在平面上划分运动方向范围而得到的。

根据一些实施例，在所述水下机器人利用单目摄像机采集光学信标运动的第一图像视频之前，还包括所述水下机器人匹配所述光学信标。

根据一些实施例，

所述灯码包括起始位、数据位和停止位，其中所述起始位用于标识所述灯码的开始位置，所述停止位用于标识所述灯码的结束位置，所述数据位用于标识所述灯码类别。

根据本申请的一方面，提出一种电子设备，包括一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如前所述的方法。

根据本申请的一方面，提出一种水下机器人，包括所述水下机器人包含如前所述的电子设备。

根据本申请的一些实施例，利用单目像机采集到视频后，匹配光学信标。对光学信标定位，通过图像中的信标灰度值信息解码出控制指令或跟踪运动轨迹，响应控制指令或者将运动轨迹和运动轨迹库进行匹配，实现对水下机器人的运动控制。另外，通过和光学信标匹配，支持和多个光学信标同时通信。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出根据本申请示例实施例的一种基于光学的水下机器人的通信方法流程图。

图2示出根据本申请示例实施例的一种水下机器人跟踪光学信标的运动轨迹的方法流程图。

图3示出了根据本申请示例实施例的一种光学信标的轨迹库的训练方法流程图。

图4示出根据本申请示例实施例的一种基于光学的水下机器人的通信装置框图。

图5示出根据本申请示例实施例的一种电子设备框图。

图6a示出根据本申请示例实施例的二维平面等分图。

图6b示出根据本申请示例实施例的圆形轨迹图。

图6c示出根据本申请示例实施例的圆形轨迹速度矢量分布图。

图7示出根据本申请示例实施例的一种光学信标和水下机器人通信示意图。

图8示出根据本申请示例实施例的一种水下机器人追踪光学信标的运动轨迹示意图。

图9a示出根据本申请示例实施例的L形轨迹图。

图9b示出根据本申请示例实施例的L形的速度矢量分布图。

图10a示出根据本申请示例实施例的水平方向轨迹图。

图10b示出根据本申请示例实施例的水平方向的速度矢量分布图。

图11a示出根据本申请示例实施例的垂直方向轨迹图。

图11b示出根据本申请示例实施例的垂直方向的速度矢量分布图。

图12a示出根据本申请示例实施例的三角形轨迹图。

图12b示出根据本申请示例实施例的三角形的速度矢量分布图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

下面将参照附图，对根据本申请的具体实施例进行详细说明。

图1示出根据本申请示例实施例的基于光学的水下机器人的通信方法流程图。下面参照图1，对图1示出根据本申请示例实施例的基于光学的水下机器人的通信方法进行详细说明。

参见图1，在S101，水下机器人利用单目摄像机采集光学信标运动的第一图像视频。

根据本申请的一些实施例，水下机器人在采集光学信标运动的第一图像视频之前，需要匹配光学信标，以便支持多个光学信标和水下机器人同时作业，互不干扰。

根据本申请的一些实施例，使用带有光学编码的光学信标作为信号源。光学信标通过控制器对灯的闪烁进行节拍控制，完成信息编码，实现光学通信。表1示出了灯码编码序列表。

表1

参见表1，灯码编码序列由6位组成，其中第1~2位起始位，第3~5位为数据位，第6位为停止位。以001011为例，00为起始位，第3~5位101为数据位，第6位1为停止位。

根据一些实施例，表1中各个灯码编码序列对应的具体含义可以在和水下机器人通信前进行预定义。

根据本申请的一些实施例，可以利用光学信标实现改变水下机器人的运动姿态，实现对水下机器人的运动控制，例如，前后、后退或转头等。根据一些实施例，不方便操作光学信标的按键时，也可以利用光学信标，指示水下机器人对光学信标进行运动轨迹跟踪。

表2

根据一些实施例，表2中各个运动轨迹对应的具体含义可以在和水下机器人通信前进行预定义。

根据一些实施例，利用单目摄像机采集光学信标的视频图像，相比于双目相机，单目摄像机的成本较低。利用单目摄像机采集光学信标的视频图像，既避免了占用水下机器人的空间，又省去了集成解码设备，降低了成本。

在S103，获取第一图像视频的每帧图像中光学信标的灰度值。

根据本申请的一些实施例，单目摄像机采集的每帧图像中都有光学信标的图像。在获得图像序列后，利用灰度转换算法对图像中光学信标的灰度值进行获取。根据一些实施例，灰度转换算法包括平均值灰度转换算法、基于人眼感知的灰度转换算法、去饱和灰度转换算法和单一通道灰度转换算法。

在S105，比较所述灰度值和预先设置的亮度阈值，得到灯码序列。其中，亮度阈值包括第一图像视频的每帧图像中光学信标的灰度值的平均值。

根据本申请的一些实施例，可以在水下机器人中预置亮度阈值，也可以取第一图像视频的每帧图像中光学信标的灰度值的平均值。低于前述亮度阈值的灰度值为0，高于前述亮度阈值的灰度值为1，将前述第一图像视频的灰度值转化为灯码序列。

在S107，将灯码序列聚合为灯码。

根据本申请的一些示例实施例，利用聚合算法，将灯码序列转化为灯码。根据一些实施例，根据灯码编码序列的长度，对灯码序列分组。对于每一组灯码序列，比较0和1的个数，如果0的个数比1的个数多，该组灯码序列的灯码取0；反之，取1。

表3示出了灰度值到灯码序列的转换步骤展示表。以单目摄像机的采样帧率为30帧每秒为例，那么，1秒即可采集到30个灰度值组成的序列。

表3

参见表3，第一行为采集的每帧图像中光学信标的灰度值。第二行为利用亮度阈值，和第一行的灰度值比较后生成的灯码序列。前述亮度阈值取第一行灰度值的平均值。第三行为利用聚合算法，比较第二行的灯码序列中0和1的个数，选择个数多的作为最终的灯码。例如，灯码序列0 1 1 1 1中有一个0和四个1，1的个数多，因此灯码序列0 1 1 1 1的灯码为1。

根据一些实施例，可以根据单目摄像机的帧率设计控制指令。帧率越大，灯码编码序列越短，能够识别的控制指令越丰富。

在S109，解调灯码以得到灯码代码。

根据本申请的一些示例实施例，利用灯码编码序列表，计算S107得到的灯码和灯码编码序列表中每一个灯码编码序列的欧拉距离，并判断灯码和灯码编码序列表中的灯码编码序列是否相同。如果相同，既可通过灯码编码序列表得到与前述灯码对应的灯码代码。根据一些实施例，将计算得到的欧拉距离值加1，并取其倒数，返回值介于0和1之间。如果返回值高于距离阀值，则判定信号相同，否则信号不同。根据一些实施例，距离阈值为0.8。

根据一些实施例，可以利用公式（1）计算欧拉距离。假设两个序列分别为(p[0]，p[1]，p[2]，......，p[i])和(q[0]，q[1]，q[2]，......，q[i])，则两个序列的欧拉距离计算公式如公式（1）所示：

（1）

在S111，根据灯码代码改变运动姿态或跟踪光学信标的运动轨迹。

根据一些实施例，表1所示的灯码编码序列表中包括每一个灯码编码序列对应的代码。对于每个代码含义，可以在光学信标和水下机器人通信前进行预定义。例如，如果S109解调的信息是如表1中的B码，那么光学机器人需要执行转头动作。如果S105解调的信息是如表1中的A码，那么光学机器人需要对光学信标发射的光学信息进行运动轨迹跟踪。关于光学机器如何执行运动轨迹跟踪操作可参见图2的描述。

以上参照图1描述的技术方法，通过利用带有光学编码的光学信标作为信号源，通过对光学信标闪烁的节拍控制，完成信息编码。利用单目相机采集到图像视频后，对光学信标定位，获取光学信标的运动轨迹，并和运动轨迹库进行匹配，识别运动轨迹，实现对水下机器人的运动控制，解决了使用者在水下使用水下机器人时的缆线缠绕和携带不便的难题，也解决了使用者在水下进行信号切换不便的问题，提升了使用体验。另外，通过和光学信标匹配，支持和多个光学信标同时通信。

以上图1描述的技术方法，使用光学编码信标作为信号源，利用水下机器人的单目摄像机采集光学信标的视频图像后进行解码，无需新增硬件解调设备，降低了成本，节省了空间。另外，根据图1描述的实施例，对系统的消耗较小，一般的嵌入式处理器即可满足性能要求，支撑了微型水下机器人无线控制的系统方案。

图2示出根据本申请示例实施例的一种水下机器人跟踪光学信标的运动轨迹的方法流程图。下面参照图2，对图2示出根据本申请示例实施例一种水下机器人跟踪光学信标的运动轨迹的方法进行详细说明。

根据本申请的一些示例实施例，水下机器人预置有预先训练的轨迹库和运动轨迹编码表，轨迹库中包括运动轨迹图形和速度矢量分布，运动轨迹图形和速度矢量分布一一对应，运动轨迹编码表中包括运动轨迹图形和运动轨迹代码，运动轨迹图形和运动轨迹代码一一对应。

在S201，利用单目摄像机采集所述光学信标运动的第二图像视频。

根据本申请的一些实施例，使用带有光学编码的光学信标作为信号源。光学信标通过控制器对灯的闪烁进行节拍控制，完成信息编码，实现光学通信。

根据一些实施例，利用单目摄像机采集光学信标的视频图像，相比于双目相机，单目摄像机的成本较低。

在S203，获取所述第二图像视频中所述光学信标的坐标。

根据本申请的一些示例实施例，单目摄像机采集的每帧图像中都有光学信标的图像。根据一些实施例，可以根据光学信标的移动速度，调节单目摄像机的采样频率。

根据一些实施例，获取到采集图像后，记录采集图像中光学信标的坐标信息。

在S205，拟合第一相邻两个运动点的坐标以得到光学信标的运动轨迹，其中第一相邻两个运动点为第二图像视频中相邻两帧图像中的光学信标。

根据一些实施例，将相邻两帧图像中的光学信标相连。

根据一些实施例，还需要对连线后的光学信标运动轨迹进行滤波，以得到规则的运动轨迹。

在S207，利用拟合的光学信标的运动轨迹计算第一相邻两个运动点的速度矢量分布。

根据本申请的一些示例实施例，拟合的光学信标的运动轨迹中取相邻的两个坐标点，利用公式（2）计算两个坐标点的速度矢量。

v=ds/dt （2）

在S209，在轨迹库中查找与第一相邻两个坐标的速度矢量分布相对应的运动轨迹图形。

根据本申请的示例实施例，将二维平面的运动方向范围等分成几个扇区，例如8份，如图6a所示，速度矢量的方向落在哪个扇区的范围内，就属于哪个分区。运动轨迹图形的矢量分布可以用速度矢量分布图表示，如图6c所示，为圆形运动轨迹的速度矢量分布图。速度矢量分布图中的横坐标表示各扇区分区，纵坐标表示在该扇区分区是否有速度矢量分布。

如图6b所示，为用光学信标在单目摄像机前方圆形运动轨迹图。对于图6b所示的圆形运动轨迹图，其对应的速度矢量分布图如图6c所示。图9a示出根据本申请示例实施例的L形轨迹图，其对应的速度矢量分布图如图9b所示。图10a示出根据本申请示例实施例的水平方向轨迹图，其对应的速度矢量分布图如图10b所示。图11a示出根据本申请示例实施例的垂直方向轨迹图，其对应的速度矢量分布图如图11b所示。图12a示出根据本申请示例实施例的三角形轨迹图，其对应的速度矢量分布图如图12b所示。

在S211，利用运动轨迹编码表查找与运动轨迹图形对应的运动轨迹代码。

根据本申请的一些实施例，如果S209的速度矢量分布图如图6c所示，则认为光学信标的运动轨迹为圆。根据一些实施例，水下机器人根据预置的如表2所示的运动轨迹编码表输出相应运动轨迹代码，并根据预先定义的运动轨迹代码类型，执行相应动作。

以上参照图2描述的技术方法，通过利用带有光学编码的光学信标作为信号源，利用单目像机采集到图像视频后，获取光学信标的运动轨迹，实现光学信标和水下机器人之间的光学通信。

图3示出了根据本申请示例实施例的一种光学信标的轨迹库的训练方法流程图。下面参照图3，对根据本申请示例实施例的一种光学信标的轨迹库的训练方法进行详细说明。

在S301，获取指定的运动轨迹图形。

根据本申请的一些示例实施例，首先需要指定需要存储的运动轨迹图形，并将指定的运动轨迹图形和后续获得的速度矢量分布存入轨迹库中。

在S303，利用单目摄像机采集光学信标根据指定运动轨迹图形进行运动的第三运动轨迹图像视频。

根据本申请的一些示例实施例，利用光学信标按照指定的运动轨迹图形进行轨迹运动。水下机器人利用单目摄像机采集光学信标的运动轨迹，得到第三运动轨迹图形视频。

在S305，利用第三运动轨迹图像视频获得光学信标的坐标。

根据本申请的一些示例实施例，第三运动轨迹图像视频中都有光学信标，根据第三运动轨迹图像视频中都有光学信标的位置确定其坐标。

在S307，拟合第二相邻两个运动点的坐标以得到光学信标的运动轨迹图，其中第二相邻两个运动点为第三图像视频中相邻两帧图像中的所述光学信标。

根据本申请的一些示例实施例，利用S305得到的光学信标的坐标对光学信标的相邻运动点的运动轨迹进行拟合，以得到光学信标的运动轨迹图。

在S309，利用拟合的所述光学信标的运动轨迹计算第二相邻两个运动点的速度矢量分布。

根据本申请的一些实施例，利用公式（2）所述的方法计算两个相邻运动点的速度矢量分布。

在S311，将指定运动轨迹图形和速度矢量分布存入轨迹库。

根据本申请的一些实施例，将指定运动轨迹图形和速度矢量分布一一对应，存入轨迹库中。根据一些实施例，如果需要存储多个指定图形的速度矢量分布，需要重复执行S301~S311。根据一些实施例，所述轨迹库包括圆形、三角形、L形、水平方向和垂直方向。

以上参照图3描述的技术方法，通过预先训练将一些常用的图像的速度矢量分布存入轨迹库中，供水下机器人在具体应用场景中与光学信标进行信息传输。轨迹库越丰富，光学信标能够传输的信息就越多。

图4示出根据本申请示例实施例的一种基于光学的水下机器人的通信装置框图。

参见图4，一种基于光学的水下机器人的通信装置包括采集模块401，用于水下机器人利用单目摄像机采集光学信标运动的第一图像视频。灰度值模块403，用于获取第一图像视频的每帧图像中光学信标的灰度值。灯码序列模块405，用于比较灰度值和预置的亮度阈值，得到灯码序列。灯码模块407，用于将灯码序列聚合为灯码。解调模块409，用于解调灯码以得到灯码代码。响应模块411，用于根据灯码代码改变运动姿态或跟踪光学信标的运动轨迹。

图7示出根据本申请示例实施例的一种光学信标和水下机器人通信示意图。如图7所示，光学信标通过按键发射不同的灯码编码信息，利用灯码直接传输信息。水下机器人在接收到视频图像后，对指令进行解码，获得光学信标的传输信息。

图8示出根据本申请示例实施例的一种水下机器人追踪光学信标的运动轨迹示意图。根据一些实施例，光学信标在不使用按键时，默认为常态码，此时，水下机器人在光学信标发射常态码时进行轨迹追踪。如图8所示，光学信标运动轨迹为三角形，水下机器人追踪解析到运动轨迹图形后根据预置的运动轨迹编码表执行相应动作。

下面参照图5来描述根据本申请的这种实施方式的电子设备200。图5显示的电子设备200仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，电子设备200以通用计算设备的形式表现。电子设备200的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元210、至少一个存储单元220、连接不同系统组件（包括存储单元220和处理单元210）的总线230、显示单元240等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元210执行，使得处理单元210执行本说明书描述的根据本申请各种示例性实施方式的方法。例如，处理单元210可以执行如图1中所示的方法。

存储单元220可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元（RAM）2201和/或高速缓存存储单元2202，还可以进一步包括只读存储单元（ROM）2203。

存储单元220还可以包括具有一组（至少一个）程序模块2205的程序/实用工具2204，这样的程序模块2205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线230可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备200也可以与一个或多个外部设备300（例如键盘、指向设备、蓝牙设备等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备200交互的设备通信，和/或与使得该电子设备200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如路由器、调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口250进行。并且，电子设备200还可以通过网络适配器260与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。网络适配器260可以通过总线230与电子设备200的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备200使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。根据本申请实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行根据本申请实施方式的上述方法。

软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网（LAN）或广域网（WAN），连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该计算机可读介质实现前述功能。

本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

根据本申请示例实施例，一种水下机器人装载有图5所示的电子设备，能够实现如图1所示的算法，利用光学信标实现对水下机器人的运动控制。

根据本申请的一些实施例，通过对经过编码的光学信标的编码信号进行识别、跟踪，对光学信标的运动趋势进行估计，拟合成一个标准的运动轨迹，从而达到光学信号控制或运动轨迹控制水下机器人的目的。根据本申请的一些示例实施例，由于使用光学编码信标作为信号源，在单目摄像机采集的视频图像上进行信标图像获取后进行解码的编解码方案简单，不但省去了专用于光学解码的设备，且对系统的消耗较小，一般的嵌入式处理器即可满足性能要求，支撑了微型水下机器人无线控制的系统方案，降低了成本，节省了空间。根据一些实施例，可以根据单目摄像机的帧率设计控制指令。帧率越大，灯码编码序列越短，能够识别的控制指令越丰富。以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种水下机器人的通信方法，其特征在于，包括：

所述水下机器人利用单目摄像机采集光学信标运动的第一图像视频；

获取所述第一图像视频的每帧图像中所述光学信标的灰度值；

比较所述灰度值和亮度阈值，得到灯码序列，所述亮度阈值包括所述第一图像视频的每帧图像中所述光学信标的所述灰度值的平均值；

分组所述灯码序列并聚合每一个分组以得到灯码；

解调所述灯码以得到灯码代码；

根据所述灯码代码改变运动姿态或跟踪所述光学信标的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述水下机器人预置灯码编码表，所述解调所述灯码以得到灯码代码，包括：

计算所述灯码与所述灯码编码表中每一个编码序列的欧拉距离；

利用所述欧拉距离，查找所述灯码编码表中与所述灯码相同的所述编码序列；

在所述灯码编码表中查找与所述编码序列对应的所述灯码代码。

3.根据权利要求1所述的通信方法，其特征值在于，所述水下机器人预置有预先训练的轨迹库和运动轨迹编码表，所述轨迹库中包括运动轨迹图形和速度矢量分布，所述运动轨迹图形和所述速度矢量分布一一对应，所述运动轨迹编码表中包括所述运动轨迹图形和运动轨迹代码，所述运动轨迹图形和所述运动轨迹代码一一对应，

所述跟踪所述光学信标的运动轨迹，包括：

利用所述单目摄像机采集所述光学信标运动的第二图像视频；

获取所述第二图像视频中所述光学信标的坐标；

拟合第一相邻两个运动点的所述坐标以得到所述光学信标的运动轨迹，其中所述第一相邻两个运动点为所述第二图像视频中相邻两帧图像中的所述光学信标；

利用拟合的所述光学信标的运动轨迹计算所述第一相邻两个运动点的速度矢量分布；

在所述轨迹库中查找与所述第一相邻两个坐标的所述速度矢量分布相对应的所述运动轨迹图形；

利用所述运动轨迹编码表查找与所述运动轨迹图形对应的所述运动轨迹代码。

4.根据权利要求3所述的通信方法，其特征在于：

所述运动轨迹图形包括圆形、三角形、L形、水平方向和垂直方向。

5.根据权利要求3所述的通信方法，其特征在于，在所述利用所述单目摄像机采集所述光学信标运动的第二图像视频之前，包括：

获取指定的所述运动轨迹图形；

利用所述单目摄像机采集所述光学信标根据所述指定的所述运动轨迹图形进行运动的第三运动轨迹图像视频；

利用所述第三运动轨迹图像视频获得所述光学信标的坐标；

拟合第二相邻两个运动点的所述坐标以得到所述光学信标的运动轨迹，其中所述第二相邻两个运动点为所述第三运动轨迹图像视频中相邻两帧图像中的所述光学信标；

利用拟合的所述光学信标的运动轨迹计算所述第二相邻两个运动点的速度矢量分布；

将指定的所述运动轨迹图形与所述第二相邻两个运动点的速度矢量分布保存到所述轨迹库中。

6.根据权利要求5所述的通信方法，其特征在于，在平面上，将运动方向范围分成多个扇区，所述计算所述第二相邻两个运动点的速度矢量分布，包括：

计算所述第二相邻两个运动点的速度矢量；

确定所述第二相邻两个运动点的速度矢量分别落入哪个扇区中，其中所述扇区是在平面上划分运动方向范围而得到的。

7.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，在所述水下机器人利用单目摄像机采集光学信标运动的第一图像视频之前，还包括：

所述水下机器人匹配所述光学信标。

8.根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于：

所述灯码包括起始位、数据位和停止位，其中所述起始位用于标识所述灯码的开始位置，所述停止位用于标识所述灯码的结束位置，所述数据位用于标识所述灯码类别。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如权利要求1-8中任一所述的方法。

10.一种水下机器人，其特征在于，包括：

所述水下机器人包含权利要求9所述的电子设备。

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