[发明专利]基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法

权利要求书

1.一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，其特征在于，利用视觉图像信息特征丰富的特点，以视觉检测结果为先验信息，将视觉定位信息与激光雷达点云空间信息进行融合，获取精确的对接定位信息，同时结合目标跟踪预测的搜索框进行目标融合检测，缩短了检测耗时。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：水面无人艇发出补给请求，大型补给船通过一定通讯手段接收到补给请求后，以一定航速和航向在指定区域巡航待机；

步骤2：水面无人艇通过艇载GPS和导航雷达得到大型补给船绝对位置信息，依靠艇载自主航行控制系统，以一定规划和控制策略到达指定区域，即水面无人艇与大型补给船汇合区域，同时在持续靠近大型补给船的过程中，通过大型补给船航向和水面无人艇运动最新点到大型补给船运动最新点航线间的夹角，判断目前水面无人艇位于大型补给船左舷或右舷，并控制水面无人艇从大型补给船右舷侧靠近；

步骤3：水面无人艇到达汇合区域后，进入补给对接阶段，大型补给船在右舷侧放下补给锥管，同时水面无人艇摄像头和激光雷达系统开启，水面无人艇导航模式由GPS和导航雷达模式转变为视觉和激光雷达模式；

步骤4：补给对接阶段，水面无人艇的摄像头和激光雷达持续拍摄和扫描补给锥管末端的补给锥套，进行目标融合检测和跟踪，通过摄像头拍摄的图像判断摄像头视角内出现的目标物体类型及其位置姿态信息，同时将激光雷达扫描的三维点云信息映射到摄像头二维平面，根据目标类型及其位置信息筛选点云图像，然后进行图像匹配，得到雷达扫描后的目标物体的位置和姿态信息，将摄像头和激光雷达传感器得到的目标物体位置和姿态信息，以及目标物体种类信息进行融合输出；

步骤5：水面无人艇根据摄像头和激光雷达融合输出结果，引导水面无人艇以一定轨迹跟踪策略靠近补给锥套口，并在规定时间内到达补给距离，稳定后以一定航速和航向保持伴随跟踪姿态，水面无人艇伸出补给插头，通过融合输出结果，引导补给插头插入补给锥套，完成对接；

步骤6：水面无人艇进入补给阶段后，与大型补给船间仍保持伴随航行姿态，然后打开补给阀门，将补给物资输送给水面无人艇，补给结束后，关闭补给阀门；

步骤7：补给结束后，水面无人艇导航模式由视觉和激光雷达模式切换回GPS和导航雷达模式，并在水面无人艇自主航行控制系统控制下缓慢减速，实现补给插头与补给锥套分离，在连接断开后通过GPS和导航雷达驶离汇合区域，继续执行指定任务。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，其特征在于，所述步骤3中的补给锥管呈L型，由大型补给船右舷侧伸出，补给锥管艉部带有圆锥形的补给锥套。

4.根据权利要求2所述的一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，其特征在于，所述步骤4中的补给对接阶段包含目标融合检测和目标跟踪，即在摄像头和激光雷达成功检测到补给锥套后，利用图像跟踪算法对补给锥套进行跟踪，在预测的搜索框中进行补给锥套目标融合检测，缩短检测耗时。

5.根据权利要求2所述的一种基于视觉和激光雷达信息融合的水面无人艇自主补给方法，其特征在于，所述步骤4中的目标融合检测包含时序控制模块、空间修正模块、目标匹配模块和目标融合检测模块；其中时序控制模块主要完成不同时间步视觉和雷达图像的匹配时机控制，通过中央处理单元进行不同传感器时间戳同步；空间修正模块将摄像头和激光雷达坐标系下目标的空间特征信息转换到统一坐标系下进行时空配准，空间修正模块设计真实世界三维坐标系、摄像头坐标系、图像坐标系和像素坐标系间的转换，将真实世界坐标系定为激光雷达坐标系；目标匹配模块在统一的时域和空域下，计算激光雷达聚类后的点族中心圆和视觉图像检测出的矩形框的交并比IOU，根据交并比大小判断是否为同一目标；目标融合检测模块基于摄像头和激光雷达获取的目标类型、目标位置和姿态信息，通过证据理论方法进行多源异构目标决策级融合，得到目标一致性解释和描述。