[发明专利]一种UUV纵横摇时的双目视觉图像补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于一种UUV视觉图像补偿方法，尤其是能够补偿UUV纵横摇引起的水下作业目标在双目摄像机中的位置和姿态偏差的一种UUV纵横摇时的双目视觉图像补偿方法。

背景技术

无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)抵近海底执行油管勘测、光缆检修等水下自主作业时，采用水下双目摄像机寻找和定位水下作业目标。由于海流、海浪等因素的影响，UUV产生纵横摇，使水下作业目标在双目摄像机视觉图像中的位姿与景深产生偏差，将导致UUV水下自主作业的成功率降低，因此需要对UUV纵横摇引起的水下作业目标在双目摄像机中的视觉图像的偏差进行修正补偿。

利用UUV自身的推进装置进行纵横摇减摇是可行的双目视觉图像补偿措施。潘立鑫(《水下机器人近水面横摇减摇控制策略研究》，哈尔滨工程大学博士论文，2010年)基于Weis-Fogh机构的零航速减摇鳍装置进行横摇减摇，该方法需要将UUV推进系统投入工作，将会消耗UUV携带的能源，缩短UUV的有效航程，且通过推进装置进行减摇将会产生时间滞后，不满足UUV自主作业时基于水下目标图像导引与控制的实时性要求。

对UUV纵横摇时的双目视觉图像进行重构与复原处理是另一种有效的修正补偿措施。通过对现有的技术文献检索发现，董文德(《基于光纤陀螺颤振探测的图像复原技术研究》，浙江大学博士学位论文，2013年)提出了一种基于光纤陀螺颤振探测的点扩散函数(point-spread function,PSF)重构方法。该方案将两个敏感轴互相垂直的光纤陀螺与相机光轴进行刚性连接测得相机在曝光时间内的颤振角位置数据,进而根据物像关系得到像面上物像的运动轨迹并重构出PSF。该方法是基于图像重构原理，属于图像后处理范畴。

此外，哈尔滨工程大学的王晓娟(《基于视觉的AUV水下回收导引定位技术研究》，哈尔滨工程大学博士学位论文，2010年)提出一种有纵(横)倾时水下对接目标的单目四自由度定位方法。该方法解决了UUV有纵横摇时水下对接目标的定位问题，但是该方法针对的是单目摄像机，无需考虑双目摄像机的匹配，且该方法是对UUV纵横摇时的水下对接目标最终定位信息进行补偿，并未对图像本身进行修正。

发明内容

本发明的目的是提供具有高定位精度的一种UUV纵横摇时的双目视觉图像补偿方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种UUV纵横摇时的双目视觉图像补偿方法，包括以下几个步骤，

步骤一：建立UUV的船体坐标系o-xyz，以UUV重心为原点，船艏方向为x轴，右舷方向为y轴，竖直方向为z轴，测量出左摄像机在UUV上的安装位置(x_l,y_l,z_l)，右摄像机在UUV上的安装位置(x_r,y_r,z_r)，

建立位于摄像机光学中心前端焦距f处的成像坐标系o_o-uv，原点o_o为图像第一行第一列的像素中心，u轴平行于图像的行扫描线，v轴平行于图像的列扫描线，

建立摄像机坐标系o_c-x_cy_cz_c，o_c为摄像机光心，z_c轴为摄像机的主光轴，x_c轴和y_c轴分别与成像坐标系的u轴和v轴平行；

步骤二：实时采集左、右摄像机信息获得水下作业目标的原始图像；

步骤三：实时采集UUV罗经信息获得UUV纵横摇产生的横倾角和纵倾角；

步骤四：补偿水下作业目标在双目摄像机中的视觉图像因UUV横摇产生的偏差；

UUV横摇产生大小为的横倾角，产生左、右摄像机的光心坐标位置在船体坐标系下的竖直方向偏移Δh和水平方向偏移Δx，

左摄像机的竖直方向偏移Δh_l和水平方向偏移Δx_l为：

水下作业目标在左摄像机中补偿因横摇产生偏差后的图像坐标为：

左、右摄像机的光心坐标位置偏移量对称，左、右摄像机的主光轴偏转角相同，水下作业目标在右摄像机中补偿因横摇产生偏差后的图像坐标：