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利用双目摄像头实现三维感知的视觉对接抗气泡噪声技术

DOI：10.1109/joe.2018.2871651 期刊：IEEE Journal of Oceanic Engineering 出版年份：2018 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 近期，全球多项研究致力于延长自主水下航行器的水下作业续航时间。尽管仍存在挑战，水下电池充电技术是解决方案之一。对接功能不仅对电池充电至关重要，在干预等高级应用中也发挥着重要作用。当采集图像受噪声干扰时，海底环境中的视觉伺服系统必然面临环境识别难题。本研究阐述了一种基于立体视觉的实时位姿跟踪与伺服系统，该系统应用于视觉伺服型水下航行器时，展现出对气泡扰动的有效识别性能和强鲁棒性。通过双摄像头采集的动态图像，采用实时多步遗传算法（RM-GA）实现航行器位姿识别。既往研究在无图像退化干扰条件下考察了对接性能，本文则通过水池试验中的视觉伺服与对接实验，验证了RM-GA对气泡扰动的鲁棒性——证实系统能持续识别三维标记位姿并通过视觉伺服维持目标姿态。随后在海试对接实验中验证了该系统对浊度等实际干扰（可能降低系统海上能见度）的有效性，从而确认了所提方法的实用性。
作者： Khin Nwe Lwin，Naoki Mukada，Myo Myint，Daiki Yamada，Akira Yanou，Takayuki Matsuno，Kazuhiro Saitou，Waichiro Godou，Tatsuya Sakamoto，Mamoru Minami
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过水下电池充电技术延长自主水下航行器水下作业的续航能力，重点研究在水下充电及其他高级应用（如干预作业）中起关键作用的对接功能。本研究旨在解决海底环境中视觉伺服面临的挑战——特别是当采集图像受噪声干扰时环境识别的困难，通过开发抗气泡干扰的鲁棒系统来实现这一目标。

研究成果

该研究通过水池和真实海洋环境中的视觉伺服与对接实验，成功验证了RM-GA算法对气泡扰动的鲁棒性。系统在实际应用中的有效性得到证实，但为提升可用性，仍需改进控制器稳定性及摄像头视场引导能力。

研究不足

控制器需要改进以实现更好的稳定性。车辆必须被引导至距离摄像头约1米的视野范围内，这表明该系统在实际水下环境中（若不与其他功能单元组合进行引导）存在可用性和实用性的局限。

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