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相機|無人水下航行器的進(jìn)步，使不同研究領(lǐng)域的研究人員都可以使用

機器人相機

相機|無人水下航行器的進(jìn)步，使不同研究領(lǐng)域的研究人員都可以使用

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鑒于最近在無人水下航行器設(shè)計方面的技術(shù)進(jìn)步 ， 無論是遠(yuǎn)程操作還是自主 ， 這些設(shè)備已可供不同研究領(lǐng)域的許多研究人員使用 。  為了改善這些車輛的導(dǎo)航 ， 已經(jīng)使用了幾種方法和技術(shù)來獲取有關(guān)海洋環(huán)境的信息 ， 例如激光和聲納系統(tǒng) 。 盡管如此 ， 這些技術(shù)通常被認(rèn)為是侵入性的 ， 因為人造光波和聲波都會破壞海洋生物的自然環(huán)境 。

對于潛艇車輛或機器人的開發(fā) ， 基于視覺的系統(tǒng)通常包含在此類平臺的傳感器集中作為主要感知手段 ， 這是由于它們提供的好處 ， 例如獲取高分辨率圖像 ， 非侵入性和低成本 。 然而 ， 為了僅使用視覺信息執(zhí)行完整的自主導(dǎo)航 ， 水下航行器需要準(zhǔn)確可靠的信息 。 也就是說 ， 捕獲的圖像必須盡可能清晰地顯示任何導(dǎo)航路徑中周圍物體的所有特征 。 因此 ， 獲得的特征必須足以對場景中感知到的內(nèi)容進(jìn)行分類 ， 以便檢測要遵循的感興趣區(qū)域和要避開的障礙物 。

這兩種情況都涉及實時計算一組可行的軌跡 ， 以獲得自主有效的導(dǎo)航 。 水下視覺系統(tǒng)的一些挑戰(zhàn)與海底環(huán)境的固有條件密切相關(guān) ， 例如海雪、污染物的存在、當(dāng)?shù)貏又参镱愋汀夂蜃兓黄渌c光度方面有關(guān) ， 以及最終由光傳播介質(zhì)變化引起的變化.所有這些條件都是不可避免的 ， 盡管水下相機傳感器技術(shù)的進(jìn)步以及對運動物體捕獲過程的了解席爾瓦蒂等人可以幫助減少它們的一些影響 ， 增加系統(tǒng)的復(fù)雜性總是會影響開發(fā)任何水下機器人

近年來 ， 水下運動物體的檢測與跟蹤問題受到了祖子等人的廣泛關(guān)注 。 由于在海洋學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用 ， 因此很明顯 ， 需要一種能夠檢測和跟蹤感興趣的水下移動物體的自主導(dǎo)航系統(tǒng) 。 在這一點上 ， 重要的是要強調(diào)水下導(dǎo)航的另外兩個關(guān)鍵因素：窄視場和圖像失真 。 窄視場的減少是影響任何視覺導(dǎo)航策略性能的關(guān)鍵因素 ， 因為小的窄視場會束縛周圍障礙物的信息 ， 因此會限制機動避免碰撞的響應(yīng)能力 。

人們可能會認(rèn)為 ， 解決這個問題的一個實際解決方案是添加幾個以不同角度定向的攝像機 。 然而 ， 失真會在每個相機中持續(xù)存在 ， 更糟糕的是 ， 圖像的計算成本分析將與攝像機數(shù)量成正比線性增加 。 用于從外圍獲取信息的替代方法之一是使用能夠主動改變其方向的伺服驅(qū)動相機 ， 盡管不是永久性的 。 在水下機器人中使用這種策略還需要調(diào)整整個設(shè)備以防水并支持環(huán)境高壓 。

將這種強大的系統(tǒng)添加到商用機器人中會導(dǎo)致自主操作的流體動力學(xué)曲線的損失 ， 并且特別是由于相機組件的動作和移動以及通常對自主操作的整體設(shè)計 。 另一種在陸地和空中機器人研究界中流行的替代方法是使用魚眼相機 ， 它提供寬視野 ， 視角高達(dá)180° 。 但是 ， 這種鏡頭存在的一個缺點是圖像的空間失真 ， 在圖像的邊緣具有更多的密度信息 ， 也就是說 ， 集中在圖像中心的信息具有較高的分辨率 ， 而在邊緣則具有較高的分辨率 。

【相機|無人水下航行器的進(jìn)步，使不同研究領(lǐng)域的研究人員都可以使用】此外 ， 這些相機鏡頭中的大多數(shù)都是為地面應(yīng)用而設(shè)計的 ， 其中空氣是光擴散的界面 。 因此 ， 在水下應(yīng)用中 ， 魚眼鏡頭的優(yōu)勢會降低 。 在陸地環(huán)境中有研究工作 ， 其中主動鏡系統(tǒng)能夠跟蹤高速粒子 ， 使用強大且重型的錄音硬件 。 基于這種策略 ， 所提出的解決方案具有一種基于鏡面光學(xué)的新型可安裝設(shè)備 ， 該設(shè)備通過平面鏡的自動移動可以改變預(yù)先存在的固定相機的主角度并從外圍獲取信息的自主操作 。

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