基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的水下目標(biāo)三維特征提取與定位技術(shù)研究.pdf

1、水下無人機(jī)器人(AUV)在執(zhí)行交互任務(wù)時需要準(zhǔn)確的視覺引導(dǎo)信息，由于結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)的測量精度基本不受光線折射和衰減效應(yīng)的影響，被廣泛應(yīng)用于水下目標(biāo)的三維重建。而水下場景的非結(jié)構(gòu)化、目標(biāo)與其他水下物體重疊和遮擋、測量數(shù)據(jù)單視散亂的特點(diǎn)，均為水下目標(biāo)的定位帶來困難。針對水下目標(biāo)定位的諸多問題，本文在隨機(jī)抽樣一致性原理(RANSAC)的基礎(chǔ)上，研究了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的水下目標(biāo)三維特征提取與定位技術(shù)。本文的研究內(nèi)容有以下幾個方面:
　　1

2、.基于水下目標(biāo)包含的規(guī)則部件模型的曲面特征及成像后的邊緣特征，將目標(biāo)模型描述成圖像線特征與點(diǎn)云面特征的組合，并以目標(biāo)的線特征與面特征作為定位的先驗信息。
　　2.對目標(biāo)視場圖像進(jìn)行分割運(yùn)算和邊緣提取運(yùn)算，將視場圖像分割成若干包含目標(biāo)或者不包含目標(biāo)的區(qū)域。按照先驗信息中對目標(biāo)線特征的描述，依次對分割區(qū)進(jìn)行特征線檢測，滿足條件的作為目標(biāo)區(qū)域。
　　3.提出一種基于RANSAC算法的二維橢圓線檢測方法，依據(jù)表征橢圓完整度的評價系數(shù)

3、，實現(xiàn)對圖像邊緣中的橢圓線的檢測。
　　4.根據(jù)結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)所得圖像與點(diǎn)云的映射關(guān)系，提取投影到目標(biāo)區(qū)域中的點(diǎn)云，并按照先驗信息中對目標(biāo)面特征的描述，對該部分點(diǎn)云進(jìn)行特征面檢測，初步估計目標(biāo)的尺寸和位姿參數(shù)的近似值并提取目標(biāo)點(diǎn)云。
　　5.采用基于RANSAC算法的三維曲面檢測方法，實現(xiàn)對點(diǎn)云中的規(guī)則曲面如:球面、圓柱面、圓錐面、圓臺面及長方體面等的識別。
　　6.針對曲面模型參數(shù)不統(tǒng)一的問題，采用超二次曲面作為目標(biāo)

4、的部件化模型，將不同類型的曲面變?yōu)榫哂幸恢聟?shù)的超二次曲面模型。
　　7.以目標(biāo)的尺寸和位姿參數(shù)的近似值為初值，基于超二次曲面的標(biāo)準(zhǔn)方程建立非線性目標(biāo)函數(shù)，采用Levenberg-Marquardt(LM)算法對目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化，從而得到目標(biāo)的定位結(jié)果。
　　本文算法無需對目標(biāo)場景點(diǎn)云進(jìn)行分割，也無需對目標(biāo)進(jìn)行離線建模，僅需要提供目標(biāo)成像邊緣包含的線特征及本身曲面特征，即可實現(xiàn)目標(biāo)的自主定位。通過實際實驗對本文算法進(jìn)行驗