基于視覺的小型水下航行器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、水下機(jī)器人是復(fù)雜海洋環(huán)境工作中的重要運(yùn)載工具，隨著世界各國對(duì)海洋資源開發(fā)的日益重視，水下機(jī)器人在海洋礦產(chǎn)勘探、海底地形探測(cè)和深?；A(chǔ)設(shè)施檢查等的應(yīng)用需求越來越大。而水下光視覺可以在水下機(jī)器人近距離觀測(cè)作業(yè)中提供更豐富的高分辨率信息，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。因此開展基于視覺的小型水下航行器控制系統(tǒng)研究，對(duì)于提高水下機(jī)器人自主能力及智能化水平，具有重要地理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　在對(duì)水下航行器的光視覺目標(biāo)檢測(cè)方法研究中。首先

2、，針對(duì)水下圖像降質(zhì)問題，建立水下光傳播的衰減模型和水下成像系統(tǒng)模型，通過水介質(zhì)中光的衰減對(duì)顏色進(jìn)行恢復(fù)的算法來復(fù)原圖像完成預(yù)處理工作;然后，采用基于HSV的自適應(yīng)彩色圖像分割方法來對(duì)水下目標(biāo)物體進(jìn)行分割，并通過區(qū)域幾何形狀特征參數(shù)約束提取方法，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域的提取。最后，對(duì)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法的研究中，采用基于Kalman預(yù)測(cè)器結(jié)合動(dòng)態(tài)檢測(cè)窗口的目標(biāo)跟蹤算法，通過提取圖像中目標(biāo)質(zhì)心位置信息來實(shí)時(shí)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行更新校正，并進(jìn)行了水下航行

3、器動(dòng)目標(biāo)跟蹤實(shí)驗(yàn)研究，以驗(yàn)證所用的目標(biāo)跟蹤方法的實(shí)時(shí)性和有效性。
　　在水下航行器光視覺目標(biāo)識(shí)別跟蹤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，首先，對(duì)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其通信總線進(jìn)行了設(shè)計(jì);然后，分別詳細(xì)設(shè)計(jì)了分布式系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)，包括主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、推進(jìn)器控制系統(tǒng)、電源管理與安全系統(tǒng)和傳感器信息采集系統(tǒng);并對(duì)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終形成了由軟硬件系統(tǒng)組成的基于視覺的分布式控制系統(tǒng)。
　　在基于視覺的

4、控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，為了實(shí)現(xiàn)水下航行器的自主目標(biāo)跟蹤功能，對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。首先，本文對(duì)所設(shè)計(jì)的小型水下航行器的艇體結(jié)構(gòu)及各傳感器分布進(jìn)行介紹;然后，對(duì)所研究的水下航行器的六自由度運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行了分析，并解耦升沉和航向的動(dòng)力學(xué)方程表達(dá)式;最后對(duì)解耦的航向子系統(tǒng)與升沉子系統(tǒng)的控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)與仿真，為后文的水下目標(biāo)識(shí)別跟蹤控制實(shí)驗(yàn)做了理論上的鋪墊工作。
　　最后，對(duì)該小型水下航行器進(jìn)行了大量的水池實(shí)驗(yàn)，包括傳感器濾波實(shí)驗(yàn)，深度