[发明专利]一种用于无人船的河道边界检测与跟踪方法及系统

权利要求书

1.一种用于无人船的河道边界检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将无人船上的相机与激光雷达进行联合标定，实现相机与激光雷达在空间、时间上的对准；

步骤2、利用基于相机图像输入数据进行河道边界检测，分别得到第一河道边界线左边界L1和右边界R1；

步骤3、通过激光雷达点云数据检测河道边界，将边界点投影到xoy水平面坐标，分别得到第二河道边界线左边界L2和右边界R2；

步骤4、判断是否需要融合的参数设置，如果需要融合，将步骤2、步骤3中得到的边界进行融合，输出融合后的第三河道边界线，左边界L3和右边界R3，否则输出单步骤2或步骤3的结果；

所述步骤4中分别基于图像和激光雷达的方法得到两侧河道边界线融合包括以下步骤：

步骤4.1：将激光雷达河道边界点检测结果投影到相机坐标；

步骤4.2：初始化斜率k，斜率变化步长h；

步骤4.3：对经过无人船中心点P_usv做直线l：y＝k(x-x_usv)+y_usv ；

步骤4.4：计算l与L1和L2，R1和R2的交点，取距离无人船横向距离最近的点P_i，P_j作为拟合边界候选点；

步骤4.5：令k＝k+h，重复步骤4.3-4.4，最终得到P₁，P₂，…，P_n为候选点；

步骤4.6：对P₁，P₂，…，P_n边界点得到新的曲线拟合结果左边界L3，右边界R3。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人船的河道边界检测方法，其特征在于，所述步骤2中基于相机基于图像的河道检测包括以下步骤：

步骤2.1、对相机获取的图像数据进行镜面反射快速去除，镜面反射区域部分从感兴趣区域ROI中删除；

步骤2.2、对河道图像噪声过滤，灰度化，Canny边缘检测和感兴趣区域ROI选择；

步骤2.3、用B样条曲线检测河道边界，同时分别计算代价评分，选取得分最高的前m条曲线，加入候选集；

步骤2.4、对直线和曲线拟合结果候选集进行筛选确认，利用最小二乘法选择误差最小的方案作为最终结果。

3.根据权利要求2所述的一种用于无人船的河道边界检测方法，其特征在于，所述步骤2.1中的镜面反射去除方法包括以下步骤：

步骤2.1.1、检测包含镜面反射的区域，设置阈值d，去除亮度小于d的区域，其中d是镜面反射像素的最低强度，范围从180到255；

步骤2.1.2、对镜面反射区域进行聚类，选择亮度大于d的区域集合H₁，H₂，…H_n；

步骤2.1.3、对区域H_i利用膨胀和腐蚀算法去除孤立或者小的点，分别得到区域D_i和E_i，其中：0＜i＜n；

步骤2.1.4、计算边界区域B_i＝D_i-E_i，分别计算B_i的三个通道RGB的平均强度；

步骤2.1.5、将检测到的镜面反射区域H_i替换为区域边界B_i中临近无人船当前位置的K近邻领域像素的平均强度。