一种基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法，属于水下视觉定位技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法


[0001]本专利技术属于水下视觉定位
，更具体地，涉及一种基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法
。

技术介绍

[0002]近年来，以超短基线定位系统
(USBL)、
声呐为代表的声学定位导引技术已相对成熟，在水下回收的远
、
中距离场景中得到了广泛应用
。
相较于声学定位技术，视觉定位技术有着定位精度高
、
数据更新快
、
硬件要求低等优势，因而更加适用于水下回收的近距离场景
。
然而，水下视觉定位技术极易受环境亮度影响，如何在光照条件不可控的湖上或海上水下回收场景中有效使用视觉定位手段，一直是研究的热点与难点，近年来，国内外许多学者对此进行了研究和尝试
。
[0003]张伟等人对
UUV
回收的单目视觉多目标跟踪问题进行了研究，基于非线性卡尔曼滤波器，提出了一种基于非对称光阵列的定位导引方法，在部分前景光源被遮挡，背景帧发生较大变化时仍能取得较好的跟踪效果，但算法建立在忽略背景光和伪光源干扰的基础上，普适性还有待提升
。
此外，张伟团队对大津法进行改进，解决了在亮度整体较暗
、
低对比度
、
细节较模糊条件下，导引灯阵目标的特征提取问题，但未能评估目标和背景亮度接近情况下的分割能力
。
韩泽凯等人提出改进的基于神经网络的检测
‑
跟踪算法与/>Pnp
‑
P3P
算法，将神经网目标识别的高泛化性优势与传统算法分割的高效率优势相结合，实现了对导引光源的鲁棒跟踪，但该方法需要训练神经网络模型，如何构建训练用数据集以及较高的硬件资源开销是该方法在部署过程中的需要面对的两大问题
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法，其目的在于解决目前水下视觉定位方法受天气和光线条件影响较大的技术问题
。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法，所述方法包括以下步骤：
[0006](1)
获取水下图像，对所述水下图像进行滤波降噪后转换为灰度图；
[0007](2)
获取所述灰度图的亮度峰值，并判断所述亮度峰值是否大于环境亮度阈值；若否，则返回步骤
(1)
；若是，则进入步骤
(3)
；
[0008](3)
对所述灰度图进行二值化处理获得多个目标轮廓，采用形态学操作对所述目标轮廓进行修饰；
[0009](4)
基于目标轮廓所包含的像素点数量筛选出有效目标轮廓，若所述有效目标轮廓的数量不小于1，则对所述有效目标轮廓进行优先级排序，优先级最高的有效目标轮廓的质心判定为水下目标的像素坐标，结束；否则进入步骤
(5)
；
[0010](5)
获取所述灰度图的亮度峰值像素的坐标，以所述亮度峰值像素的坐标为中心
框选兴趣区，对兴趣区进行二值化处理获得多个目标轮廓，采用形态学操作对所述目标轮廓进行修饰；
[0011](6)
基于目标轮廓所包含的像素点数量筛选出有效目标轮廓，若有效目标轮廓的数量不小于1，则对所述有效目标轮廓进行优先级排序，优先级最高的有效目标轮廓的质心判定为水下目标的像素坐标，结束；否则将所述亮度峰值像素的坐标判定为水下目标的像素坐标
。
[0012]优选的，所述环境亮度阈值通过以下方法获得：预先连续采集多帧水下环境图像，计算多帧水下环境图像亮度峰值的平均值，所述平均值加上预设的偏移量后得到环境亮度阈值
。
[0013]优选的，所述方法中，基于目标轮廓所包含的像素点数量筛选出有效目标轮廓，具体为：预设一个像素点数量范围，若所述目标轮廓所包含的像素点数量在所述像素点数量范围内，则所述目标轮廓为有效目标轮廓
。
[0014]优选的，所述方法中，对所述有效目标轮廓进行优先级排序，具体为：获取有效目标轮廓的形状和像素点数量，所述形状越接近规则圆形以及所述像素点数量越多，则所述优先级越高
。
[0015]优选的，所述方法中，以所述亮度峰值像素的坐标为中心框选兴趣区，对兴趣区进行二值化处理获得多个目标轮廓，具体为：以所述亮度峰值像素的坐标为中心，相邻预设距离内的区域设定为兴趣区；对所述兴趣区内像素点的亮度进行排序，计算排序前段的亮度平均值，所述前段为预设值，所述亮度平均值加上预设偏移量后得到兴趣区阈值，基于所述兴趣区阈值对所述兴趣区进行二值化处理获得多个目标轮廓
。
[0016]第二方面，本专利技术提供了一种基于声光定位的无人潜航器回收方法，所述方法包括以下步骤：
[0017]采用
USBL
水下定位方法获取无人潜航器的相对位置，再通过水声通信引导无人潜航器进入光学定位范围内；
[0018]采集所述光学定位范围内的水下图像，采用第一方面中任意一项方法确定无人潜航器在水下的坐标位置；
[0019]基于所述坐标位置回收无人潜航器
。
[0020]第三方面，本专利技术提供了一种电子设备，包括：
[0021]存储器，用于存储程序；
[0022]处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述存储器存储的程序被执行时，所述处理器用于执行第一方面中任意一种方法；或则，所述处理器用于执行第二方面中的方法
。
[0023]第四方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，使得所述处理器执行第一方面中任意一种方法；或则，使得所述处理器执行用于执行第二方面中的方法
。
[0024]第五方面，本专利技术提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在处理器上运行时，使得所述处理器执行第一方面中任意一种方法；或则，使得所述处理器执行第二方面中的方法
。
[0025]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效
果：
[0026]本专利技术方法充分利用目标的先验信息增强目标轮廓提取的准确性和鲁棒性，从而优化空间位置的解算精准度，非常适用于光照变化较大的实际应用场景；水下实验的结果表明本专利技术水下视觉定位方法可实现“早
‑
中
‑
晚”全时段
、“阴
‑
晴
‑
雨”全天候下
UUV
目标的可靠检测与准确定位，有较好的工程应用价值
。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例中提供的一种基于声光定位的无人潜航器水下回收方法的实现结构组成示意图；
[0028]图2是无人潜航器水下回收方法中无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于先验信息的光照鲁棒性水下视觉定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)
获取水下图像，对所述水下图像进行滤波降噪后转换为灰度图；
(2)
获取所述灰度图的亮度峰值，并判断所述亮度峰值是否大于环境亮度阈值；若否，则返回步骤
(1)
；若是，则进入步骤
(3)
；
(3)
对所述灰度图进行二值化处理获得多个目标轮廓，采用形态学操作对所述目标轮廓进行修饰；
(4)
基于目标轮廓所包含的像素点数量筛选出有效目标轮廓，若所述有效目标轮廓的数量不小于1，则对所述有效目标轮廓进行优先级排序，优先级最高的有效目标轮廓的质心判定为水下目标的像素坐标，结束；否则进入步骤
(5)
；
(5)
获取所述灰度图的亮度峰值像素的坐标，以所述亮度峰值像素的坐标为中心框选兴趣区，对兴趣区进行二值化处理获得多个目标轮廓，采用形态学操作对所述目标轮廓进行修饰；
(6)
基于目标轮廓所包含的像素点数量筛选出有效目标轮廓，若有效目标轮廓的数量不小于1，则对所述有效目标轮廓进行优先级排序，优先级最高的有效目标轮廓的质心判定为水下目标的像素坐标，结束；否则将所述亮度峰值像素的坐标判定为水下目标的像素坐标
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述环境亮度阈值通过以下方法获得：预先连续采集多帧水下环境图像，计算多帧水下环境图像亮度峰值的平均值，所述平均值加上预设的偏移量后得到环境亮度阈值
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，基于目标轮廓所包含的像素点数量筛选出有效目标轮廓，具体为：预设一个像素点数量范围，若所述目标轮廓所包含的像素点数量在所述像素点数量范围内，则所述目标轮廓为有效目标轮廓
。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉，关夏威，张昊，马哲松，俞哲，周小歆，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：