[发明专利]一种基于光流和深度估计的水下环境安全性评估方法

说明书

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体公开了一种基于光流和深度估计的水下环境安全性评估方法，该方法首先采用单目相机收集水下多种动态场景下的水下源图像作为数据集(步骤S1)；进一步对该数据集中的每幅水下源图像进行距离估计，得到对应的深度估计图像(步骤S2)；对水下源图像数据集中的每幅水下源图像进行光流分析得到光流图(步骤S3)；融合深度估计图和光流图，得到每幅水下源图像的水下环境安全性评估图(步骤S4)，得到的水下环境安全性评估图是后续进行水下环境作业任务如路径规划、自主避障抓取等自主作业任务的重要依托，并且可以在更高层次引导机器人实现最佳行为。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种基于光流和深度估计的水下环境安全性评估方法。

背景技术

海洋是未来人类赖以生存的重要资源。为了获取更多的海洋利益，大量用于海洋调查、科学试验以及资源勘探等用途的水下机器人不断被投入使用。由于水下应用环境非常复杂、且具有很强的时变性，使得水下机器人在解决精确导航、自主避险和协同控制等关键技术面临诸多挑战。无论何种水下机器人，都需要在保障航行安全的基础上，才能顺利完成使命。因此，对海洋环境进行安全评估可以为水下机器人安全航行、顺利完成任务提供有效的参考。相比传统的人工势场法、行为分解法及基于优化的算法等，环境安全性评估可以在更高层次引导机器人实现最佳行为。然而，当前关于海洋环境安全性评估的研究还处于探索阶段。

发明内容

本发明提供一种基于光流和深度估计的水下环境安全性评估方法，解决的技术问题在于：目前针对水下机器人作业，考虑的因素不够全面，没有一种较为完备的水下环境安全性评估方法能够为水下机器人进行合理路径规划、自主避障抓取等提供安全保障。

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于光流和深度估计的水下环境安全性评估方法，包括步骤：

S1：采用单目相机收集水下多种动态场景的水下源图像，生成水下源图像数据集；

S2：对水下源图像数据集中的每幅水下源图像进行距离估计得到相应的深度估计图；

S3：对水下源图像数据集中的每幅水下源图像进行光流分析得到光流图；

S4：融合深度估计图和光流图，得到每幅水下源图像的水下环境安全性评估图。

进一步地，所述步骤S4中，对一幅水下源图像进行融合的过程具体包括步骤：

S41：对步骤S2得到的该水下源图像的深度估计图进行区域划分，并分别计算其每个子区域内深度的平均值μ(D)；以及，对步骤S3得到的该水下源图像的光流图进行相同的区域划分，并分别计算其每个子区域内光流幅值的平均值μ(F)；

S42：对步骤S3得到的每个光流图的子区域内光流矢量的方向进行直方图分布统计，并计算所得每个子区域内光流方向直方图的方差

S43：计算预设时间段内每个子区域的光流方向直方图的协方差及该段时间内协方差的均值

S44：根据深度估计平均值μ(D)、光流幅度平均值μ(F)、光流直方图方差值和光流直方图协方差均值计算每个子区域的安全性评估值；

S45：对每个子区域的安全性评估值进行归一化，得到该水下源图像的水下环境安全性评估图。

进一步地，在所述步骤S44中，计算安全性评估值S_value(i,t)的规则为：