[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

说明书

本发明公开了一种用于无人船的河道边界检测与跟踪方法，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；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中得到边界进行融合，输出融合后的边界线L3和R3，否则输出单步骤2或步骤3的结果，本发明通过利用多种方法检测河道边界，避免单一方法因环境变化导致失效或精度下降，为无人船在河道中的可行驶区域判断提供依据，保证了无人船在河道行驶安全。

技术领域

本发明涉及无人船安全技术领域，具体是一种用于无人船的河道边界检测与跟踪方法及系统。

背景技术

无人船(USV)已被应用于各种河道水域的任务，例如环境测绘、巡逻任务、环境监测和水面垃圾打捞，这就要求无人船能自主巡航，具有一定程度的自主性有助于高效智能地完成任务，为了实现无人船在水面驾驶的自主性，检测河道的可通航区域边界是至关重要的一步，因为它不仅为避障、还为后续路径规划和自动化提供了必要的参考依据。

无人船在河道自主航行时，需要检测所行驶河道的可行驶区域，需要识别河道边界，以保证无人船在相对安全的范围内。计算机对河道信息实时采集和适应性要求高。是指系统必须与无人船同时进行实时数据采集和处理，适应性是指无人船采集图像处理算法必须在不同规则(如结构化河道、非结构化河道等)、不同环境(例如河道边缘的颜色、宽度、长度等因素)、不同的天气条件(例如雨、雪等环境)具有良好的适应性。此外，与路面不同，水面环境容易受到镜面反射干扰。目前，机器视觉系统在河道检测技术上存在瓶颈，河道检测系统受以上因素影响很大，检测效果会下降很多，边缘和河道可行驶区域检测容易误判。

河道边界检测比无人车车道检测复杂，车道主要是宽度固定，以直线为主，车道线两侧边界是平行的，受到干扰少，而无人船在河道受到水面干扰较多，水面镜面反射、水流、波浪等，且河道边界不规则有可能一侧河岸是直线，另一侧河岸是曲线。

道路边界线检测提供安全行驶范围信息，保障船体安全，是无人船感知系统的重要组成部分。河道检测在许多实际应用中是一项至关重要且具有挑战性的任务，例如无人船可行驶区域判断、河道偏离警告、河道巡逻等。河道检测是自动驾驶无人船面临的主要挑战之一。常用的两种传感器是摄像头和激光雷达，然而，它们中的每一个都有一些固有的缺点，为此使用两个传感器融合来综合二者的优点。

相机摄像头和激光雷达各有优缺点，由于水面船只的不稳定性，比如水面波浪和水流等都会影响其数据稳定性，特别是雨天天气，干扰较多。从抗干扰能力上来讲，由于激光雷达通过发射光束进行探测，受环境影响较大，光束受遮挡后就不能正常使用，因此无法在雨雪雾霾天，沙尘暴等恶劣天气中使用。摄像头等视觉测量方法具有效率高、系统结构简单、成本低等优点，其优势在于具有视觉特征，使其和成熟的视觉算法结合进行后处理很容易，但精度比激光雷达低。单一传感器有其局限性，为了充分利用各个传感器的优势，因此同时将激光雷达和摄像头结合起来，两者正好起到一种相辅相成，取长补短的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无人船的河道边界检测与跟踪方法及系统，为了解决上述问题，我们开发了更加实时和自适应的河道检测系统，对于提高无人船的安全性和自主航行能力具有重要意义。提出了一种用于无人船自主巡航的河道边界检测技术和跟踪方法。同时模糊周围环境，从而在加快提取速度的同时提高提取精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于无人船的河道边界检测与跟踪方法，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；