CN210268635U - 一种基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，包括密封盒，相机夹板和嵌入式开发板均固定设置在密封盒的内部底部，左摄像机和右摄像机均固定安装在相机夹板上，左摄像机镜头和右摄像机镜头均伸出至密封盒的外部，左摄像机成像端和右摄像机成像端的数据线均连接至USB分线器，USB分线器连接至开发板，所述开发板上集成有图像采集模块。与传统的水下超声波、激光测距装置相比，具有体积小、成本低的优点，且面对水下环境具有更好的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，属于计算机视觉领域。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的水下任务派由机器人来完成，然而机器人在近距离作业时，一旦与目标发生碰撞，则可能导致机器人进水、受损等设备故障。现有的水下机器人障碍测距装置通常是在移动机器人上装载深度相机、激光雷达或超声波探测器等来实现障碍物位置与形状的检测。深度相机由于价格昂贵，没有得到广泛使用；激光雷达主要通过高频测距和扫描测角来感知障碍物的三维信息，设备通常包括发射器与接收器，但因为体积相对较大而不适用。对于超声波探测器，虽然其成本低但在水下工作时易受到其他声波的干扰，并且超声波的测量周期较长，不利于机器人在复杂多变的水下环境中实现动态避障。双目摄像机通过同步采集某一时刻的图像，利用双目视觉立体匹配技术计算出场景的深度图，从而得出障碍物与机器人的距离，具有低成本、实用性强的优点，且根据控制图像采集时间能够达到动态避障的目的，故开发基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置具有重要研究意义。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提出一种基于双目视觉的障碍测距装置，在进行水下机器人与障碍的测距时，能够方便地实现数据采集功能，克服现有水下机器人障碍测距装置体积大、成本高的问题，同时也可以解决原有的测距装置易受水下复杂环境干扰的不足。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，包括密封盒，相机夹板和嵌入式开发板均固定设置在密封盒的内部底部，左摄像机和右摄像机均固定安装在相机夹板上，左摄像机镜头和右摄像机镜头均伸出至密封盒的外部，左摄像机成像端和右摄像机成像端的数据线均连接至USB分线器，USB分线器连接至开发板，所述开发板上集成有图像采集模块。
前述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述密封盒的材料为透明亚克力板。
前述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述相机夹板为旋钮式相机夹板；相机夹板安装于密封盒的内部前端，两个螺母分别从夹板下部穿过并旋入左摄像机成像端和右摄像机成像端下部的螺孔，当相机角度确定好后，拧紧螺母，通过螺母盖与夹板之间的摩擦力固定住相机。
前述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：在密封盒前端侧板上开两个与摄像机镜头外径大小相同的圆孔，分别固定左摄像机镜头和右摄像机镜头。
前述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述左摄像机镜头与圆孔之间设置有密封结构；所述右摄像机镜头与圆孔之间设置有密封结构。
前述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述密封盒后端侧板上设有USB接口数据传输线孔和电源线孔；开发板通过USB接口数据传输线连接至机器人控制端；机器人内部电源通过电源线对开发板和摄像头进行供电。
前述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：USB接口数据传输线孔与USB接口数据传输线之间设置有密封结构；电源线孔与电源线之间设置有密封结构。
本实用新型所达到的有益效果：
本实用新型提供一种基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，与传统的水下超声波、激光测距装置相比，具有体积小、成本低的优点；且面对水下环境具有更好的适用性，并且可以通过缩短图像采集时间使机器人在水下达到动态避障的效果，保证机器人水下作业的安全，减少因碰撞而造成的损失。
附图说明
图1为本实用新型安装在水下机器人的位置图。
图2为本实用新型的左右摄像机固定方式示意图。
图3为本实用新型的外观结构示意图的俯视图。
图4为本实用新型的外观结构示意图正视图。
图5为本实用新型的内部结构示意图。
附图中标记的含义如下：1左摄像机；1（a）.左摄像机镜头；1（b）.左摄像机成像端；2.右摄像机；2（a）.右摄像机镜头；2（b）.右摄像机成像端；3.相机夹板；4.USB分线器；5.密封盒；5（a）密封盒前端侧板；5（b）密封盒后端侧板；5（c）密封盒底板；6.USB接口数据传输线孔；7.USB接口数据传输线；8.电源线孔；9.电源线；10.CPU，11.图像采集模块；12.摄像机标定模块；13.图像校正模块；14.立体匹配模块；15.开发板；16.水下机器人；17.螺母；18.左摄像机成像端下部螺孔；19.右摄像机成像端下部螺孔。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图来详细对本实用新型作介绍。
本实用新型提供一种基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，包括密封盒5，相机夹板3和开发板15均固定设置在密封盒的内部底部，左摄像机1和右摄像2机均固定安装在相机夹板3上，左摄像机镜头1（a）和右摄像机镜头2（a）均伸出至密封盒的外部，左摄像机成像端1（b）和右摄像机成像端2（b）的数据线均连接至USB分线器4，USB分线器连接至开发板15，所述开发板上集成有图像采集模块11。
具体结构如下：
密封盒5由透明亚克力板密封制成，便于检查装置是否渗水与其工作状态。密封盒前端侧板5（a）上留有两个与摄像机镜头外径大小一致的圆孔，密封盒后端侧板5（b）上留有USB接口数据传输线孔6与电源线孔8。
左摄像机镜头1（a）、右摄像机镜头2（a）分别固定在密封盒前端侧板5（a）的圆孔上，固定好后利用硅橡胶与防水胶做为镜头与圆孔的防水密封结构。使用螺母17通过相机夹板3的下部穿过并旋入左摄像机成像端1（b）、右摄像机成像端2（b）的螺孔18、19中，确定好左摄像机和右摄像机位置后，拧紧螺母17，通过螺母17与相机夹板3之间的摩擦力来固定住摄像机，最后将相机夹板3使用双面胶粘在密封盒底端板5（c）上。左摄像机1和右摄像机2负责拍摄水下外界环境。
左摄像机1和右摄像机2拍摄的视频数据通过USB分线器4传输至开发板15。使用USB分线器4便于同步传输左摄像机和右摄像机拍摄的视频数据，提高立体匹配的精度。
开发板15安装于密封盒内部的后端，确定好位置后使用双面胶与密封盒底端板5（c）粘合在一起。开发板为嵌入式开发板，集成了图像采集模块11、摄像机标定模块12、图像校正模块13和立体匹配模块14。四大模块在CPU10的调度下相互配合工作。
当设备进行水下摄像机标定时，图像采集模块11在获得由USB分线器4传输过来的左摄像机1和右摄像机2拍摄的标定板视频数据之后，根据时间刻度对左、右摄像机标定板视频同时进行画面截取，并将截取好的标定图像传输至摄像机标定模块12。
摄像机标定模块12采用标定算法对经由图像采集模块11传输来的左右目标定图像进行标定，得出左、右摄像机内外参数并保存在标定模块11中。
当设备进行水下障碍物测距时，图像采集模块11在获得由USB分线器4传输过来的左、右摄像机1、2拍摄的水下环境视频数据之后，根据时间刻度对左、右摄像机视频同时进行画面截取，并将截取好的水下环境图像传输至图像校准模块13。
图像校正模块13利用标定模块12中保存的左摄像机、右摄像机内外参数对经由图像采集模块11传输来的水下环境左右目图像进行校正，之后将校正图像传至另一立体匹配模块14。
校正后的图像传输至立体匹配模块14进行匹配，由双目视觉立体匹配算法得出视差图，最后结合摄像机参数计算障碍物深度图，得出障碍物与机器人的距离。
障碍物与机器人的距离数据通过开发板的USB接口数据传输线7传至水下机器人16。密封盒后端侧板5（b）上的USB接口数据传输线孔6用于插入连接开发板与水下机器人16之间的USB口数据传输线7。后端板5（b）上另一电源线孔8插入电源线9，由机器人16自身电源对整个开发板以及摄像头进行供电。当USB接口数据传输线7与电源线9正确插入开发板15后，采用硅橡胶与防水胶填充USB接口数据传输线孔6与电源线孔8，做好防水密封处理。
在本实用新型中，利用双目视觉的方法计算出机器人与障碍物的距离。首先在水下环境通过标定算法得出左摄像机、右摄像机的内外参数，再对通过图像采集模块11传输过来的左右目水下环境图像进行校正，然后对校正图像进行匹配，得出障碍物的视差图，最后结合摄像机参数计算出深度图，得出障碍物与机器人16的距离并将距离信息传输至机器人16。
下面对具体的实施过程进行阐述：
如图1所示，本实用新型的装置安装在水下机器人16的上方。
如图1、图3、图5所示，将USB接口数据传输线7与电源线9正确插入开发板15，另一端与机器人16相连，采用硅橡胶与防水胶填充USB接口数据传输线孔6与电源线孔8，做好防水密封处理。
如图1、图2、图4所示，左摄像机、右摄像机负责拍摄机器人16前方水下环境视频，左摄像机、右摄像机视频数据通过分线器4同步传输至开发板15。
如图1、图3、图4所示，本实施例首先在水下进行摄像机的标定。左摄像机、右摄像机拍摄标定板视频，通过USB分线器4传至开发板15。开发板上的图像采集模块11根据时间刻度对左、右摄像机标定视频同时进行画面截取，并将标定板截屏图像传输至摄像机标定模块12，标定模块通过标定算法得出左、右摄像机内外参数，并保存在摄像机标定模块12中。
有了左摄像机、右摄像机内外参数后，本实施例便可执行水下机器人障碍测距任务。
如图5所示，图像采集模块11由CPU10调度，根据时间刻度对机器人作业时左、右摄像机1、2拍摄的水下环境视频同时进行画面截取，并将水下环境截屏图像传输至图像校正模块13。
如图5所示，在图像校正模块13中，CPU10调用摄像机标定模块12中保存好的摄像机内外参数，对图像采集模块11传输来的水下环境截屏图像进行校正，之后将校正图像传输至另一立体匹配模块14。
如图5所示，CPU10调度立体匹配模块14，将图像校正模块13传输来的校正图像进行匹配，通过立体匹配算法得到当前水下场景的视差图，再根据摄像机参数计算出深度图，得出障碍物与机器人的距离。
如图1、图3、图4所示，计算出障碍物与机器人的距离之后，开发板15通过USB数据线7将距离信息传输至水下机器人16。
以上显示和描述了本实用新型的主要特征、工作原理和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，包括密封盒，其特征在于：相机夹板和嵌入式开发板均固定设置在密封盒的内部底部，左摄像机和右摄像机均固定安装在相机夹板上，左摄像机镜头和右摄像机镜头均伸出至密封盒的外部，左摄像机成像端和右摄像机成像端的数据线均连接至USB分线器，USB分线器连接至开发板，所述开发板上集成有图像采集模块。
2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述密封盒的材料为透明亚克力板。
3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述相机夹板为旋钮式相机夹板；相机夹板安装于密封盒的内部前端；两个螺母分别从相机夹板下部穿过并旋入左摄像机成像端和右摄像机成像端的下部的螺孔。
4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：在密封盒前端侧板上开两个与摄像机镜头外径大小相同的圆孔，分别固定左摄像机镜头和右摄像机镜头。
5.根据权利要求4所述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述左摄像机镜头与圆孔之间设置有密封结构；所述右摄像机镜头与圆孔之间设置有密封结构。
6.根据权利要求1所述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：所述密封盒后端侧板上设有USB接口数据传输线孔和电源线孔；开发板通过USB接口数据传输线连接至机器人控制端；机器人内部电源通过电源线对开发板和摄像头进行供电。
7.根据权利要求6所述的基于双目视觉的水下机器人障碍测距装置，其特征在于：USB接口数据传输线孔与USB接口数据传输线之间设置有密封结构；电源线孔与电源线之间设置有密封结构。
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Cited By (3)
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| CN113645390A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-12 | 重庆交通大学 | 一种河流底栖动物调研统计装置 |
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