智能水下機(jī)器人水下管道檢測(cè)與跟蹤技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái),隨著資源不斷消耗,人口激增,海洋研究和開發(fā)逐漸成為人類賴以生存新的發(fā)展空間,因此作為海洋探測(cè)重要組成部分的水下機(jī)器人得到廣泛的應(yīng)用。智能水下機(jī)器人技術(shù)是水下機(jī)器人系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域,開展智能水下機(jī)器人基于視覺的目標(biāo)探測(cè)與跟蹤技術(shù)研究,也是實(shí)現(xiàn)水下機(jī)器人在惡劣且復(fù)雜多變的環(huán)境中進(jìn)行水下偵查、作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 本文主要目標(biāo)是研究水下機(jī)器人實(shí)時(shí)水下管道檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)。論文以單目CCD攝像機(jī)為主要視覺傳感器,利用視覺系

2、統(tǒng)測(cè)量方法得到水下管道的導(dǎo)航信息,并在此基礎(chǔ)上建立了一個(gè)用于水下機(jī)器人的水下管道檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.簡(jiǎn)要回顧了基于視覺的水下機(jī)器人水下管道檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀,指出了當(dāng)前利用水下機(jī)器人進(jìn)行水下管道檢測(cè)與跟蹤技術(shù)的研究難點(diǎn)和研究新方向。
　　 2.按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象程度,將系統(tǒng)中傳遞的數(shù)據(jù)信息分為由低至高6個(gè)層次,詳細(xì)描述了各層次內(nèi)容。提出了視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體內(nèi)容,設(shè)計(jì)水下機(jī)器人管

3、道檢測(cè)與跟蹤系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),并對(duì)單目視覺系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建和分析。
　　 3.在圖像處理層,對(duì)水下成像進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析,并且針對(duì)水下圖像的特點(diǎn),以及水下機(jī)器人實(shí)時(shí)性和管道檢測(cè)的準(zhǔn)確性要求,介紹了幾種比較簡(jiǎn)單和高效的改進(jìn)圖象處理算法,來(lái)降低水下成像造成影響。
　　 4.在圖像解釋層的,針對(duì)水下圖像的特點(diǎn),構(gòu)造離散情況下具有不變性的矩特征方法。并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,提出了兩種具有全局搜索能力的水下目標(biāo)識(shí)別方法:用于目標(biāo)識(shí)別的免疫遺傳

4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、建模和基于超香腸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別學(xué)習(xí)分類決策機(jī)制。為了提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性,采用了基于動(dòng)態(tài)窗口技術(shù)和基于Kalman濾波數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和狀態(tài)更新的水下管道檢測(cè)算法。
　　 5.在環(huán)境理解層,對(duì)攝像機(jī)的標(biāo)定方法、原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹與分析。應(yīng)用攝像機(jī)透視投影成像原理,通過坐標(biāo)變換推導(dǎo)出結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的模型,建立水下管道的圖像平面坐標(biāo)系與水底平面坐標(biāo)間的射影變換關(guān)系。
　　 6.在決策規(guī)劃與運(yùn)動(dòng)控制層,主要解決了水