自主遥控水下机器人水下对接高精度视觉定位方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王丙乾1,2 |
| 答辩日期 | 2019-05-17 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 唐元贵 |
| 关键词 | 自主遥控水下机器人 视觉定位 水下对接 多目标融合 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 其他题名 | Research on High Precision Visual Positioning Method for ARV Underwater Docking |
| 英文摘要 | 自主遥控水下机器人(Autonomous and Remotely-operated Vehicle, ARV)集自主水下机器人（Autonomous Underwater vehicle，AUV）和遥控水下机器人（Remotely Operated Vehicle，ROV）的部分技术特点于一体，是一种面向极端环境或特殊使命任务的混合型新型水下机器人，具有自主、遥控、混合操作模式。ARV自身携带能源，具有与水面平台相连的微细光纤。利用ARV与水下基站对接可以实现基站与水面平台的实时通信，极大的方便了基站采集的信息的上传与命令的下达，还可以为ARV进行能源补充，加大ARV的持续工作能力，增大其工作范围和工作时长。本文基于水下基站对接口无喇叭状引导机构的实际应用场景，面向对接末端高精度视觉定位需求开展研究。本文通过大量的文献调研，对现有的面向水下机器人与水下基站对接的视觉引导方法进行了总结与分析。结合水下环境从水下有效定位距离、定位精度、计算量、实现成本等方面对现有视觉引导方案进行了评估。现有视觉定位引导方案无法兼顾长可视距离与近距离高精度位姿估计，无法满足对接末端需要高精度定位的需求，本文提出的多目标组合视觉定位方法，能有效兼顾可识别距离远、有效定位范围广、近距离定位精度高、在海流影响下强可靠性等优势。本文利用引导灯、ArUco码、图片特征点三种人工标志组合作为视觉定位目标，形成了远近结合、高低精度互补、可靠性更强的视觉定位方案。主要工作包括：1）在综述了国内外ARV、水下对接、视觉定位等研究成果的基础上，针对ARV水下对接的特点及其对高精度定位的需求进行了高精度视觉定位方法研究。设计了视觉定位算法及视觉引导目标应用方案。2）针对水下对接环境设计了图像处理及目标检测方法。包括图像预处理、引导灯和图片特征点的提取与匹配等。针对水下环境中由于光噪声、弱光照等因素造成的图片特征点误匹配严重以及计算量较大等问题，结合引导灯对ORB特征点提取与匹配进行算法改进。首先通过引导灯提供图片尺度信息，大幅度缩减了计算图片尺度的计算量。此外结合引导灯为ORB特征点设计了相对位子描述子，通过BRIEF描述子与相对位置描述子共同筛选出正确匹配的特征点，能够使特征点匹配的正确匹配率显著提高。3）提出基于多目标的ARV水下单目视觉定位算法。结合ARV水下对接过程及定位算法的性能需求，针对单一定位目标无法满足当前定位需求的现状，提出多目标组合的定位方式，在单种视觉定位目标解算算法的基础上提出了多目标位姿估计结果的融合函数，使得定位算法更加可靠，具有更远的可识别距离和更大的作用区间，近距离具有更高的精度。4）通过陆地及水下实验，对本文改进的特征点提取及匹配算法、多目标组合定位算法进行了验证，并进行了ARV的水池对接实验研究，实现了ARV所搭载的对接机构与对接目标的成功对接，证明了本文所提出的算法在引导ARV水下对接过程中的适用性。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 71页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/25190]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_水下机器人研究室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王丙乾. 自主遥控水下机器人水下对接高精度视觉定位方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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