一种用于水下电连接器位置识别的标志物及识别方法技术

本发明专利技术公开了一种用于水下电连接器位置识别的标志物及识别方法，所述标志物设置于水下无人航行器UUV表面，标志物的图案由N个同心圆环构成，标志物图案的中心与水下无人航行器UUV上的电连接器插座中心连线平行于UUV轴线。本发明专利技术所提供的应用于水下电连接器位置识别的标志物及识别方法，应用于载人潜水器与UUV之间电连接器的插拔作业，可对标志物的位置及姿态进行识别，进而获知电连接器的位置及姿态，为电连接器的对准提供信息。为电连接器的对准提供信息。为电连接器的对准提供信息。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下电连接器位置识别的标志物及识别方法


[0001]本专利技术涉及水下航行器充电技术，尤其涉及一种用于水下电连接器位置识别的标志物及识别方法。

技术介绍

[0002]载人潜水器对水下无人航行器(简称UUV)进行电能传输是有人
‑
无人协同作业的重要内容，对提高UUV的续航力具有重要意义。有线充电是实现水下电能传输效率最高、可靠性较强的方式。水下工况时，将分居载人潜水器与UUV的电连接器插头与插座实现对接是实现有线充电的核心技术。
[0003]进行电能传输前，需要进行电连接器的插合作业，但UUV与载人潜水器的相对位置存在误差，该误差会导致电连接器插头与插座位置及姿态的偏差。因此载人潜水器端需装配可对插头位置及姿态进行调整的插拔机构，载人潜水器中有操作人员或控制装置可对插拔机构进行调节与控制，进而对插头位置及姿态进行调整，以实现插头与插座的对准。如何获取插座与插头的相对位置及姿态，指导插拔机构的动作，是进行插合作业的重要内容。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种用于水下电连接器位置识别的标志物及识别方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于水下电连接器位置识别的标志物，
[0006]所述标志物设置于水下无人航行器UUV表面，标志物的图案由N个同心圆环构成，标志物图案的中心与水下无人航行器UUV上的电连接器插座中心连线平行于UUV轴线；
[0007]标志物中心与插座中心距离为d，d的范围为10至20cm。
[0008]按上述方案，所述标志物的图案中，同心圆环排布方式为3行，每行3个。
[0009]按上述方案，所述标志物的图案中，每行同心圆的圆心连线平行于UUV轴线，每列同心圆的圆心连线垂直于UUV轴线。
[0010]一种用于水下电连接器位置的识别方法，包括以下步骤：
[0011]1)标志物图像采集；
[0012]对标志物提供照明，通过摄像头对标志物图像进行采集；
[0013]2)畸变校正处理；
[0014]像素点在成像平面坐标系下的初始坐标为(u0,v0)，根据下式进行畸变校正：
[0015][0016][0017]其中，像素点在成像平面坐标系下的初始坐标为(u0,v0)，(u
c
,v
c
)为矫正处理后的像素点坐标，p1、p2为切向矫正系数，r为当前矫正像素点到图像中心的距离，k1、k2、k3为径向
矫正系数；
[0018]采集的第i个像素点坐标为(u
0i
,v
0i
)，获得畸变校正处理后的第i个像素点坐标为(u
ci
,v
ci
)；
[0019]3)根据椭圆检测算法，由像素点拟合两个椭圆，并确定第n对同心圆的外圆圆心的成像平面坐标(u
Bn1
,v
Bn1
)与内圆圆心的成像平面坐标(u
Bn2
,v
Bn2
)；
[0020]4)修正内外圆心成像坐标不相等导致的误差，获得第n对同心圆圆心的成像平面坐标(u
n
,v
n
)；
[0021]u
n
＝k
a
u
Bn2
‑
k
b
u
Bn1
[0022]v
n
＝k
a
v
Bn2
‑
k
b
v
Bn1
[0023]其中，(u
n
,v
n
)为矫正后圆心像素坐标，(u
Bn1
,v
Bn1
),(u
Bn2
,v
Bn2
)分别为第n个同心圆环外圆圆心与内圆圆心的成像平面坐标，r
n1
,r
n2
分别为第n个同心圆环外圆直径与内圆直径；
[0024]5)(u
n
,v
n
)为第n对同心圆圆心的成像平面坐标，(X
n
,Y
n
,Z
n
)为第n对同心圆圆心在标志物坐标系下的坐标，其中n为1，2,3
……
N；
[0025]则
[0026][0027]其中，f
q
＝[f
11 f
12 f
13 f
14 f
21 f
22 f
23 f
24 f
31 f
32 f
33 f
34
]T
为位姿向量；
[0028]6)获取标志物坐标系相对于摄像头坐标系的旋转与平移矩阵；
[0029]对旋转矩阵进行计算：
[0030][0031]对平移矩阵进行计算：
[0032][0033]其中，f
x
、f
y
、c
x
、c
y
为摄像头的成像参数，的元素反映了标志物坐标系相对于摄像头坐标系的旋转关系，的元素反映了标志物坐标系相对于摄像头坐标系的平移关系。
[0034]7)标志物坐标系与电连接器插座的相对位置固定且已知，摄像头坐标系与电连接器插头的相对位置固定且已知，则根据旋转矩阵与平移矩阵可获得插座与插头的位置及姿态关系。
[0035]本专利技术产生的有益效果是：
[0036]本专利技术所提供的应用于水下电连接器位置识别的标志物及识别方法，应用于载人潜水器与UUV之间电连接器的插拔作业，可对标志物的位置及姿态进行识别，进而获知电连接器的位置及姿态，为电连接器的对准提供信息。
附图说明
[0037]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0038]图1是本专利技术实施例的结构示意图；
[0039]图2是本专利技术实施例的标志物及其坐标系示意图；
[0040]图3是本专利技术实施例的方法流程图。
具体实施方式
[0041]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0042]如图1所示，一种用于水下电连接器位置识别的标志物，图1为标志物、电连接器插座示意图；
[0043]其中，标志物安装于UUV表面，标志物中心与插座中心连线平行于UUV轴线，标志物中心与插座中心距离为d，d为10cm
[0044]电连接器插座与UUV舱内的蓄电池通过电缆连接。
[0045]视觉感知装置包括照明灯、摄像头，视觉感知装置与电连接器插头装配于充电插拔机构上，充电插拔机构装配于载人航行器舷外。
[0046]充电插拔机构可根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下电连接器位置识别的标志物，其特征在于，所述标志物设置于水下无人航行器UUV表面，标志物的图案由N个同心圆环构成，标志物图案的中心与水下无人航行器UUV上的电连接器插座中心连线平行于UUV轴线。2.根据权利要求1所述的用于水下电连接器位置识别的标志物，其特征在于，标志物中心与插座中心距离为d，d的范围为10至20cm。3.根据权利要求1所述的用于水下电连接器位置识别的标志物，其特征在于，所述标志物的图案中，同心圆环排布方式为3行，每行3个。4.根据权利要求1所述的用于水下电连接器位置识别的标志物，其特征在于，所述标志物的图案中，每行同心圆的圆心连线平行于UUV轴线，每列同心圆的圆心连线垂直于UUV轴线。5.一种基于权利要求1至4任一所述的标志物的用于水下电连接器位置的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)标志物图像采集；对标志物提供照明，通过摄像头对标志物图像进行采集；所述照明灯、摄像头与电连接器插头装配于充电插拔机构上，摄像头与电连接器插头位置固定；2)畸变校正处理；像素点在成像平面坐标系下的初始坐标为(u0,v0)，根据下式进行畸变校正：其中，像素点在成像平面坐标系下的初始坐标为(u0,v0)，(u
c
,v
c
)为矫正处理后的像素点坐标，p1、p2为切向矫正系数，r为当前矫正像素点到图像中心的距离，k1、k2、k3为径向矫正系数；若采集的第i个像素点坐标为(u
0i
,v
0i
)，则获得畸变校正处理后的第i个像素点坐标为(u
ci
,v
ci
)；3)根据椭圆检测算法，由像素点拟合两个椭圆，并确定第n对同心圆的外圆圆心的成像平面坐标(u
Bn1
,v
Bn1
)与内圆圆心的成像平面坐标(u
Bn2
,v
Bn2
)；4)修正内外圆心成像坐标不相等导致的误差，获得第n对同心圆圆心的成像平面坐标(u
n
,v
n
)；5)(u
n
,v
n
)为第n对同心圆圆心的成像平面坐标，(X
n
,Y
n
,Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏博，吴晨睿，刘琼霄，聂华，辛轶男，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：