基于视觉和定位系统的无人艇自主对接系统

徐海彬，刘 畅，田建东，李小毛+

(1.上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200444；2.中国科学院沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016)

0 引 言

水面无人艇是一种在河道、湖面、海面航行的小型智能化水面移动平台[1,2]。无人艇自主对接(回收)技术是无人艇的智能化作业的重要组成部分。浮动托架式自主回收为无人艇自主回收[3]方式的一种，即在无人艇完成指定任务后，自主规划路径到回收托架，以一定姿态驶入托架，完成二者对接，实现无人艇回收。托架式对接过程如图1(a)～图1(d)所示：远距离时，可以通过GPS对无人艇进行导引，向回收托架不断靠拢，但当无人艇和回收托架距离缩小到15 m以内时，普通GPS无法满足对接精度要求。通常视觉导航是解决近距离高精度导航的一种重要手段。目前的视觉对接多用于对水下AUV的回收[4,5]，还没有专门针对水面无人艇的视觉自主对接系统。日本的Tri-TON2[6,7]以及哈尔滨工程大学的WL-3[8]AUV视觉自主对接技术通过AUV头部的摄像头拍摄并提取对接口上的点光源位置，与实际点光源位置比较，不断获得对接装置相对于AUV的位姿并对AUV进行导引。浙江大学[9]同样依靠点光源实现单目单灯的近距离视觉导引。由于太阳光的直射、水面反射以及干扰物的存在，上述面向水下暗环境的传统图像处理方法无法直接用于海面无人艇视觉对接。如图2所示，图2(a)为包含点光源的原图，图2(b)为采用滤波、形态学处理等传统图像处理方法得到的提取点光源后的图像，后者由于干扰物和水面反射的影响无法直接对无人艇进行视觉导引。……