基于单目视觉的AUV局部路径规划

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于单目视觉的AUV局部路径规划硕士研究生：姚贵鹏指导教师：魏延辉副教授学科、专业：仪器科学与技术论文主审人：张晓宇教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于单目视觉的AUV局部路径规划硕士研究生：姚贵鹏指导教师：魏延辉副教授学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年3月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeof

2、M.Eng(MasterofEngineering)AUVLocalPathPlanningBasedonMonocularVisionCandidate:YaoGuipengSupervisor:AssociateProf.WeiYanhuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:InstrumentationScienceandTechnologyDateofSubmission:Mar.2018DateofOralExamination:Mar.2018Univ

3、ersity:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工

4、作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日摘要自主式水下机器人(Autonomou

5、sUnderwaterVehicle,简称AUV)是人类对海洋资源进行探测与开发的重要工具。AUV具有在未知海洋环境中自主完成探测和采样任务的能力，随着近年来海洋牧场概念的兴起，AUV在海洋渔业开发中扮演着越来越重要的角色。本文以课题组研制的小型AUV为载体，以对海洋牧场中的生物进行观察为背景，对AUV的整体结构进行设计，根据AUV的结构特点对AUV进行数学建模，对AUV进行了基于单目视觉的目标跟踪技术以及局部路径规划技术等方面的研究，本文的局部路径规划是在目标物出现在AUV视觉范围内的一个近距离路径规划，大范围路径规划单需要单目相机很难实现，需要

6、其他的辅助传感设备才能实现，因此本文不考虑大范围内的路径规划，只考虑目标物在AUV视觉范围内的路径规划。本文首先针对课题组研制的AUV进行了总体结构的分析，详细分析了AUV控制系统的组成；通过对AUV进行数学建模，建立AUV载体坐标系和大地坐标系，得出AUV载体坐标系与世界坐标系之间的变换关系；给出了AUV的运动学方程，分析了AUV所受到的静力、推进器的推力、水动力，给出AUV空间6自由度运动方程；分析了海洋环境中海流对AUV运动及路径规划的影响，为后续AUV的局部路径规划打下基础。其次，针对水下成像模糊、噪声多、光线差等因素导致的图像质量问题，提

7、出了基于自适应中值滤波和基于标准差的图像增强技术对水下图像进行预处理；分析单目相机的成像模型，建立单目相机的线性与非线性模型，采用MATLAB相机标定工具包对本文所使用的单目相机进行水下标定；提出了基于轮廓特征加粒子滤波的水下目标跟踪技术，并实现了对水下目标的跟踪。并针对提出的图像处理方法分别进行了相应的实验，验证了方法的有效性。再次，根据AUV的结构特点给出了AUV稳定性的定义，分别在水平面和垂直面对AUV的稳定性进行了分析；提出基于模糊逻辑的AUV局部路径规划器，针对AUV在有无海流的环境下模糊输入量的不同，分别设计了有无海流的模糊路径规划器；

8、分析了模糊在局部路径规划方面的缺点，提出了基于Q学习的局部路径规划方法。最后针对基于模糊的局部路径规划和基于Q学习的局部路