一种无人船控制方法及系统与流程

本发明涉及无人船领域，尤其是涉及一种无人船控制方法及系统。

背景技术：

随着无人机相关技术的发展，无人机应用的环境越来越复杂，无人机的应用也越来越广泛，现有的无人机为了实现躲避障碍物的功能，在无人机上设置双目摄像头，通过双目摄像头获取障碍物的左图像和右图像，再根据左图像和右图像确定障碍物的三维位置，使无人机规避障碍物。然而，在水下机器人上，也同样采取双目摄像机进行图形的采集时，摄像机采集的水下图像颜色会偏色，影响图像处理单元的分析，进而影响了最终探测的目标物的距离，增加了探测距离与实际距离的误差。

另一方面，水下机器人在水中行进作业中，可能需要跟踪目标物，随着该目标物行进，然而，通过人为操作水下机器人跟随目标物难度极大，而现有技术中，公开了通过声呐定位跟踪目标物，但是需要在目标物上设置接收端的声呐，该技术在当目标物是不可控的物体时，是无法实现的，比如当水下机器人需要跟踪鱼时，不可能会预先在鱼的身体上设置声呐接收发射装置，可见声呐定位难以实现追踪随机出现的目标物的目的。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无人船控制方法及系统，能够实现无人船在水下进行追踪目标物、避让目标物、以及根据目标物位置规划无人船航线。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种无人船控制方法，包括采集目标物所在区域的第一图像和第二图像，计算出目标物的位置信息，并根据目标物的位置信息，控制无人船的行进动作。

优选的，所述的无人船包括可潜入水下或浮于水面的船体，所述的船体上设置有单目摄像装置或双目摄像装置，所述的采集目标物所在区域的第一图像和第二图像，计算出目标物的位置信息，包括以下步骤：

s1、通过双目摄像装置同时采集目标物所在区域的第一图像和第二图像或通过单目摄像装置依次采集目标物所在区域的第一图像和第二图像；

s2、对步骤s1中采集的第一图像和第二图像进行数据处理，确定目标物与无人机之间的距离。

优选的，所述的步骤s2包括：

s201、对采集的第一图像和第二图像进行图形增强处理；

s202、对通过图形增强处理后的图像进行视觉测距计算，准确确定目标物与无人机之间的距离。

优选的，所述的图形增强处理包括：对单目摄像装置或双目摄像装置采集的第一图像和第二图像进行颜色修正计算，去除水下图像的颜色偏差，获得清晰的第一图像和第二图像。

优选的，所述根据目标物的位置信息，控制无人船的行进动作包括：

根据目标物的位置信息，控制无人船追踪目标物；

或者，根据检测的目标物的位置信息，控制无人船避让目标物；

或者，根据目标物的位置信息，实时规划无人船的航线，并控制无人船按照规划的航线行进。

优选的，所述的根据目标物的位置信息，控制无人船追踪目标物，包括：根据目标物的位置，使无人船与目标物之间的距离保持在设定的距离范围内，并控制船体动作以保持目标物在主相机视野的中心；

所述的根据目标物的位置信息，控制无人船避让目标物，包括：获取没有检测到目标物的双目摄像装置对应的方位，并使所述的无人船的运动方向朝向没有检测到目标物的所述的双目摄像装置对应的方位偏转。

本发明同时还提供一种采用上述无人船控制方法的无人船系统，该无人船系统包括：

船体，所述的船体可潜入水下或浮于水面；

单目摄像装置或双目摄像装置，所述的双目摄像装置设置在船体上，用于同步采集目标物的图像，所述的单目摄像装置设置在船体上用于依次采集目标物所在区域的第一图像和第二图像；

控制器，所述的控制器对单目摄像装置或双目摄像装置采集的第一图像和第二图像进行处理确定目标物的距离，并根据该目标物的距离控制船体的行进动作。

优选的，所述的双目摄像装置包括一个，设置在船体的前端，所述的船体上还设置有主相机；

优选的，所述的主相机设置在双目摄像装置的左侧相机和右侧相机之间的中间位置，所述主相机的视角不大于双目摄像装置的视角。

优选的，所述的控制器包括视觉模块和航控模块，所述的视觉模块接收单目摄像装置或双目摄像装置采集的第一图像和第二图像进行数据处理，获取目标物的位置信息，并将该位置信息发送给航控模块，所述的航控模块接收该位置信息控制无人船行进动作。

优选的，所述的无人船系统还包括外部终端，所述的船体与外部终端通信连接，所述的外部终端用于显示主相机拍摄的图像和用于接收用户输入控制指令；

优选的，所述的外部终端包括智能手机、平板电脑、pc机、笔记本电脑、vr设备、遥控器；

优选的，用户通过智能手机app与无人船互动，所述的app至少包括实时显示主相机拍摄的水下图像的显示单元和用于接收控制指令的输入单元；

优选的，所述的控制指令包括用户确定目标物的指令。

采用上述技术方案后，本发明的无人船系统实现了无人船对目标物的进行追踪、避让以及规划航线的功能，提高了无人船的智能性。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1为无人船追踪目标物的控制步骤图；

图2为无人船系统的示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种无人船控制方法，包括，采集目标物所在区域的第一图像和第二图像，计算出目标物的位置信息，并根据目标物的位置信息，控制无人船的行进动作。

具体的，本发明中，所述的无人船包括可潜入水下或浮于水面的船体，所述的船体上设置有双目摄像装置或单目摄像装置，所述的采集目标物所在区域的第一图像和第二图像，计算出目标物的位置信息，包括以下步骤：

s1、通过双目摄像装置同时采集目标物所在区域的第一图像和第二图像或通过单目摄像装置依次采集目标物所在区域的第一图像和第二图像；

s2、对步骤s1中采集的第一图像和第二图像进行数据处理，确定目标物与无人机之间的距离。

本发明中，当无人船上设置双目摄像装置时所述的第一图像和第二图像是通过双目摄像装置同步采集的，即所述的第一图像和第二图像是由双目摄像装置同时采集的。而当无人船上设置为单目摄像装置时，则所述的第一图像和第二图像是通过单目相机依次采集的，当然的，为了提高计算准确度，单目摄像装置需要连续采集出第一图像和第二图像，且采集的时间足够短。另一方面因为计算原理的不同，单目摄像装置只能测量位置固定的物体，因此，单目摄像装置具有局限性，本发明中优选使用双目摄像装置进行图像的采集。

进一步的，所述的步骤s2包括：

s201、对采集的第一图像和第二图像进行图形增强处理；

s202、对通过图形增强处理后的图像进行视觉测距计算，准确确定目标物与无人机之间的距离。

因为双目摄像装置或单目摄像装置是在水下进行图像的采集，因此采集的第一图像和第二图像会受到水的影响或者受到水下灯光的影响或者受到无人船自带照明灯的影响，图形会偏色，因此为了获得正常清洗的图片，也为了后续的识别和计算的准确及方便，对同一时刻采集的第一图像和第二图像进行图形增强处理，所述的图形增强处理包括：对双目摄像装置或单目摄像装置采集的第一图像和第二图像进行颜色修正计算，去除水下图像的颜色偏差，获得清晰的第一图像和第二图像。

优选的，本发明中所述根据目标物的位置信息，控制无人船的行进动作包括：

根据目标物的位置信息，控制无人船追踪目标物；

或者，根据目标物的位置信息，控制无人船避让目标物；

或者，根据目标物的位置信息，实时规划无人船的航线，并控制无人船按照规划的航线行进。

其中，所述的根据目标物的位置信息，控制无人船追踪目标物，包括：根据目标物的位置，使无人船与目标物之间的距离保持在设定的距离范围内，并控制船体动作以保持目标物在主相机视野的中心。

具体的，参见图1所示，本发明中的无人船追踪目标物包括以下步骤：

s1、通过双目摄像装置同时采集目标物所在区域的第一图像和第二图像或通过单目摄像装置依次采集目标物所在区域的第一图像和第二图像；

s201、对采集的第一图像和第二图像进行图形增强处理；

s202、对通过图形增强处理后的图像进行视觉测距计算，准确确定目标物与无人机之间的距离,得到目标物的位置信息；

s203、根据目标物的位置，使无人船与目标物之间的距离保持在设定的距离范围内，并控制目标物在无人船的主相机视野的中心。

优选的，因为无人船在水下转向和暂停等行进动作相对于飞行的无人机难度大很多，无人船在水下惯性大，阻力也大，为了提高无人船跟踪目标物的灵活性，本发明的无人船在追踪目标物的过程中，可采用双目摄像装置实时的采集目标物的位置，并预判目标物的行进趋势，并根据该行进趋势，提前调整无人船行进动作。如此，则有利于无人船减少不必要的行进，有利于节约能源，提高追踪效率。

所述的根据目标物的位置信息，控制无人船避让目标物，包括：获取没有检测到目标物的双目摄像装置对应的方位，并使所述的无人船的运动方向朝向没有检测到目标物的所述的双目摄像装置对应的方位偏转。

所述的根据目标物的位置信息，实时规划无人船的航线，并控制无人船按照规划的航线行进包括，根据双目摄像装置实时采集目标物的第一图像和第二图像，计算出目标物的位置，并根据该目标物的位置变化预先判断该目标物的运动趋势，从而规划无人船的最佳路线。其中，该目标物可能是无人船需要追踪的目标物，也可能是无人船需要避让的目标物，比如当无人船在追踪一条鱼的时候，可预判鱼的行进方向来及时调整船体的方向和速度，以提高追踪的效率。而当目标物为水下一块石头或者树根水草等，无人船需要在行进过程中避让该物体，则无人船将该物体作为目标物，并根据该目标物的位置，规划无人船的航线，避让该物体。

需要说明的是，本发明中，所说的目标物是可随时改变的，该目标物可包括水下的固定物体，可也以是水下可活动的物体，比如一条鱼，该目标物可能是需要追踪的物体，也可是需要避让的物体。

本发明同时提供一种无人船控制方法的无人船系统，包括：

船体，所述的船体可潜入水下或浮于水面；

单目摄像装置或双目摄像装置，所述的双目摄像装置设置在船体上，用于同步采集目标物的图像，所述的单目摄像装置设置在船体上用于依次采集目标物所在区域的第一图像和第二图像；

控制器，所述的控制器对单目摄像装置或双目摄像装置采集的第一图像和第二图像进行处理确定目标物的距离，并根据该目标物的距离控制船体的行进动作。

参见图2所示，本发明中，当采用双目摄像装置时，所述的双目摄像装置的两摄像头同时曝光，同时采集到所述的第一图像和第二图像，然后将第一图像和第二图像发送至控制器，所述的控制器对采集的第一图像和第二图像进行数据处理得出目标物的位置信息，然后控制器根据该位置信息产生控制指令，控制船体的行进动作，以进行追踪或者避障目标物。

优选的，所述的双目摄像装置包括一个，设置在船体的前端，所述的船体上还设置有主相机；

当然的本发明中，双目摄像装置不限于一个，可在船体的表面设置多个，多个双目摄像装置分别采集不同方向和区域的第一图像和第二图像，从而可全面的探测无人船周围环境，效果更佳。当然的，船体上也可以只设置单目摄像装置，优选的，单目摄像装置设置在船体的前端，单目摄像装置连续采集处目标物所在区域的第一图像和第二图像。

优选的，所述的主相机设置在双目摄像装置的左侧相机和右侧相机之间的中间位置，所述主相机的视角不大于双目摄像装置的视角。优选的，主相机的视角范围小于双目摄像装置的视角，可在双目摄像装置的视角范围内进行摄像拍照。

优选的，所述的控制器包括视觉模块和航控模块，所述的视觉模块接收双目摄像装置实时采集的第一图像和第二图像进行数据处理，获取目标物的位置信息，并将该位置信息发送给航控模块，所述的航控模块接收该位置信息控制无人船行进动作。

优选的，所述的无人船系统还包括外部终端，所述的船体与外部终端通信连接，所述的外部终端用于显示主相机拍摄的图像和用于接收用户输入控制指令；进一步的，因为无线信号在水下传输中衰减快，因此，本发明中，所述的无人船系统还包括一可浮于水面的基站，所述的船体与基站之间通过零浮力的线缆相连，所述的基站上设置有无线模块，以与外部终端之间无线连接。

优选的，所述的外部终端包括智能手机、平板电脑、pc机、笔记本电脑、vr设备、遥控器；

优选的，用户通过智能手机app与无人船互动，所述的app至少包括实时显示主相机拍摄的水下图像的显示单元和用于接收控制指令的输入单元；

优选的，所述的控制指令包括用户确定目标物的指令。

本发明中，所述的显示单元上实时的显示主相机采集的水下图像，显示单元包括触控显示屏，用户通过在显示屏上框选范围来下达确定目标物的指令，所述的外部终端根据用户框选的范围确定目标物后，将用户下达的目标物指令实时传递给无人船，所述的无人船接受该指令后，重新确定目标物。

本发明中，在无人船进行追踪目标物的过程中，可通过外部终端输入确定目标物的指令实时改变目标物，而无人船在行进作业中，避让目标物的过程是自动进行的，当双目摄像装置检测到无人船与目标物体距离较近且具有碰撞危险时，该物体会自动被识别为目标物，从而有利于无人船避障，保证了无人船在行进中的安全。

综上所述，本发明的无人船系统，实现了无人船在水下进行追踪目标物、避让目标物、以及根据目标物位置规划无人船航线的功能，提高了无人船领域的智能化水平。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。