[发明专利]一种基于单目视觉的AUV对接坞站光学引导方法

权利要求书

1.一种基于单目视觉的AUV对接坞站光学引导方法，其特征在于，包括：

设置引导光源，所述引导光源包括顺时针设置在正方形顶点处的一号光源、二号光源、三号光源以及四号光源，其中一号光源为蓝色光源，二号光源、三号光源以及四号光源均为绿色光源；

通过单目相机拍摄水下引导光源图像，其中所述单目相机通过采用改进的张正友标定法进行标定；

获取相机水下非线性成像模型，并通过像素校正公式将引导光源图像映射到空气中，生成校正图像；

基于改进的自适应OTSU算法对所述校正图像进行光源分割，基于像素加权质心的坐标计算获取光源中心坐标；

基于光源中心坐标，采用三对已知坐标点进行P3P计算对相机的位姿进行解算，进而获得相机相对的位置信息，将所述相机的相对位置信息发送给AUV控制系统实现引导。

2.根据权利要求1所述的基于单目视觉的AUV对接坞站光学引导方法，其特征在于，获取相机水下非线性成像模型，采用改进的张正友标定法对模型进行标定，包括：

在实验水槽一侧布置相机，另一侧布置平面标定板，拍摄在空气中的平面标定板图片，拍摄过程中移动平面标定板，当最后一张平面标定板照片拍摄完后固定标定板位置不变；

使用张氏标定法对相机进行标定得到相机内参以及最后一张标定板姿态所对应的外参；

保持相机和标定板位置固定，向实验水槽中注水，注满水后拍摄一张水下标定板的照片；

将内外参数回带到水下非线性成像模型中，根据图像像素点与空间三维坐标点之间的对应关系求取相机中心距离折射平面的距离d。

3.根据权利要求1所述的基于单目视觉的AUV对接坞站光学引导方法，其特征在于，基于改进的自适应OTSU算法对所述校正图像进行光源分割，还包括对分割图像连通域数量进行判断，若连通域数量与引导光源数量不匹配则对灯光粘连区域进行分水岭分割。

4.根据权利要求1所述的基于单目视觉的AUV对接坞站光学引导方法，其特征在于，基于像素加权质心的坐标计算获取光源中心坐标，包括根据以下公式计算获取光源中心坐标：

其中，(x_i,y_i)是当前被测像素的坐标，是像素R通道上的均值，I_ij是当前R通道像素值，W_ij是当前加权值，(x_c,y_c)是加权后计算出来的光源中心坐标。

5.根据权利要求1所述的基于单目视觉的AUV对接坞站光学引导方法，其特征在于，采用三对已知坐标点进行P3P计算对相机的位姿进行解算，包括：

通过余弦三角形法则构建相机光心与光源中心投影点连线形成的三个夹角的等式关系；

通过同除和替元操作将上述等式关系转换为一个二元二次方程组，通过吴消元法求解，获得立体几何之间的比值关系，进而用向量公式获得三个匹配的空间点在相机坐标系下的坐标；

通过上述求解的在相机坐标系下的空间坐标和已知的在世界坐标系下的坐标信息，采用SVD法获得两个坐标系的转换关系(R，T)，进而获得相机相对的位置信息，其中，R是旋转矩阵，T是平移矩阵。