一种基于机器视觉的水产养护机器人

张允硕 张高源 申亚新

摘 要：部分水产例如海参对生活环境要求极为苛刻，养殖人员需要花费大量的精力来监测水产的生长情况，此外，水产偷盗给养殖户也带来了巨大的经济损失。目前，养殖需要养殖人员定时下潜到深海检查水质环境以及海参的生长情况，这给养殖人员的安全带来隐患。基于此设计的水下监控机器人依靠机器视觉技术精准定位水下物体位置，有效克服水下光线不均和杂物遮挡等问题。实现远端监控的作用。

关键词：机器视觉 海底 监控 机器人

1 关键技术

立体视觉的基本原理是从多个视点观察同一景物，以获取在不同视角下的感知图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差（即视差）来获取景物的三维信息，这一过程与人类视觉的立体感知过程是类似的。一個完整的立体视觉系统通常可分为图像获取、摄像机定标、特征提取、立体匹配、深度确定及内插等六部分。

机器人程序的核心是立体视觉匹配算法。立体视觉系统是由左右两部摄像机组成。如图1所示，图中分别以下标l和r标注左、右摄像机的相应参数。

世界空间中一点A（X，Y，Z）在左右摄像机的成像面Cl和Cr上的像点分别为al（ul，vl）和ar（ur，vr）。这两个像点是世界空间中同一个对象点 A的像，称为“共轭点”。知道了这两个共轭像点，分别作它们与各自相机的光心Ol和Or的连线，即投影线 alOl和arOr，它们的交点即为世界空间中的对象点A（X，Y，Z）。这就是立体视觉的基本原理。

2 工作流程

单片机通过控制电动推进模块结合电动升降模块来驱动机器人水下运动，由陀螺仪模块来检测机器人的水平状态，便于单片机判断机器人的位置，并保持机器人的平衡。由摄像头模块将机器人所处环境进行图像识别与采集，并将所采集到的图像信息传送到单片机，由测距模块测量机器人本体与周围障碍物的距离，从而避免机器人与障碍发生碰撞，由水质检测模块对水中含氧量，PH值以及水温等参数进行监测，并将采集到的信息传送给单片机，单片机接收数据采集模块所采集到的信息，同时由单片机控制无线通讯模块发送信息到监控台，同时接受监控台的反馈命令。

3实际效果

图3是本文测试了机器人在水上和水下的视觉图，从左往右分别为左眼视图、景深合成图和右眼视图，其中景深合成图亮度越亮的部分代表离摄像头距离越近，在水上和水下效果是相同的。即机器人可以识别出物体在空间中的位置，能够有效地识别出海参，监控其生长状况和海上偷盗情况，

参考文献

[1] 李寒.基于机器视觉的番茄多目标提取与匹配.农业工程学报，2012

[2] 陈若望.机器视觉中图像匹配问题研究.现代电子技术，2011

[3] 徐晓明.基于SVM机器学习的仿真网格资源调度模型.武汉理工大学学报，2013