[发明专利]一种基于无人船的主动感知装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于无人船的主动感知装置与方法，该装置包括：无人船航行控制单元、船载激光雷达装置、摄像机标定单元、数据采集与显示单元、数据传单元、岸基服务器控制单元、岸基目标探测单元；所述岸基目标探测单元，用于探测到复杂水域目标之后，确定目标的位置；所述无人船航行控制单元，用于控制无人船航行至待观测目标附近；船载激光雷达装置，用于探测目标的具体位置；所述摄像机标定单元，用于通过摄像机对所有Cell组进行标定；数据采集与显示单元，用于拍摄目标的清晰图像；岸基服务器控制单元，用于存放数据采集与显示单元采集到的图像数据。本发明能极大提高拍摄图像与视频的清晰度。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术，尤其涉及一种基于无人船的主动感知装置与方法。

背景技术

随着科技的不断发展，航运业在国民经济的发展中起着越来越重要的作用，江河湖海的水上娱乐业发展迅速，随之而来的复杂水域自动化安全监控水平也有待提高。通航环境不断恶化，内河航道的安全性问题也日益突出，因此，提高复杂水域的监控力度与水平显得尤为重要。目前常见的监控方式为定点监控，在水域某个固定地点设置监控站，主要有摄像机监控、雷达监控、以及激光雷达监控，雷达监控应用领域非常广泛，但其存在先天的不足，即在下雨、起雾、雾霾较重的天气便失效，同样，摄像机监控也存在类似的问题，激光雷达的监控距离不足100米，摄像机的监控距离也只有2－4公里，随着距离增加，摄像机的监控效果越差，雷达监控只能探测目标的移动轨迹却无法获取目标的图像与视频，即无法获得直观的监测效果。于是，采用自动监控方式：将摄像机监控、雷达监控、红外监控、AIS监控与无人船联合起来实现对复杂水域的自动式监控可以很好的解决以上问题，而且，在危险环境中，不方便人亲临现场监控的地方如大风浪环境，或核污染区等情形下可以充分发挥无人船监控的优势，无人船监控不仅节省了人力成本，而且提高监控的自由度，可以实现一天24小时无间断监控，即使目标位置相对较远，也可以获取目标清晰的图像与视频。

目前市面捕获视频图像的方式大都是被动感知，主动感知方式越来越受到人们的关注，本发明作者将主动摄像机、激光雷达与无人船三者联合起来实现对复杂水域的目标监控，属首次提出。首先，将激光雷达的视角场景划分为多个Cell单元，并利用主动摄像机对每组Cell单元进行标定，其次，利用大功率雷达与AIS探测复杂水域目标所在位置，然后利用无人船航行至目标附近，当激光雷达探测到目标出现在Cell单元中之后，拍摄目标清晰的图像，并将图像传回岸基服务器。

目前，捕获图像的方法或装置主要有以下几种：

a.由南通航运职业技术学院发明的专利:一种导航雷达或AIS跟踪参数引导的智能视频监控系统(已公开的专利号：CN104184990A)，该发明公开了一种导航雷达或AIS跟踪参数引导的智能视频监控系统，该导航雷达或AIS跟踪参数引导的智能视频监控系统包括：雷达或AIS信号接收模块、数据处理模块、自动控制模块、计算机、视频监控模块。本发明基于雷达系统参数、ARP跟踪参数或AIS参数引导的本地测站或异地视频组网测站为海洋监巡与海事管理实现联合监控方法的创新，各类视频测站在收令后，利用航姿参考系统及角位移传感器提供视轴方位及俯仰角反馈，实现闭环控制，控制方法拟采用目标角速率、角位置双参数PID闭环控制法，算法中参数滤波+扰动观测器+反馈控制复合控制技术将会进一步提高云台的控制圆滑程度。该发明首先利用雷达或AIS对目标进行定位，然后，利用视频监测站的设备对目标进行跟踪拍摄，跟踪设备主要是带有云台功能的摄像机。该方法的优点是利用雷达或AIS数据与视频监控器进行“联合拍摄”，拍摄范围较广，而并不只是针对目标物体本身，利用摄像机进行跟踪拍摄，同时，对于目标物体成像参数，以及对目标物体运行路径的跟踪算法，该方案没有提明，因此，不能够拍摄目标物体高清晰的图像与视频。该方法利用主动摄像机对物体进行拍摄，只是利用了主动摄像机能够改变拍摄姿态这一特点，并没有利用主动摄像机拍照方面的特点，即该方法并未对目标区域进行细分，也未对目标区域进行标定，因此，无法调整摄像机的内外参数，拍摄目标物体的特定位置的清晰图像，并对特定位置进行跟踪。同时，利用该方法进行拍摄目标图像时，只能固定在岸边，摄像平台不能移动，不能近距离观测目标。