CN108153317A - 一种带有避障功能的自动巡航小船 - Google Patents

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黄晓鑫
王天雷
陈晓辉
莫若飞
陈俊杰
林尚灿
林少銮
陈鸿博
阮馨
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    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明公开了一种带有避障功能的自动巡航小船，包括船体，船体之中设置有用于进行信号处理的单片机、用于捕捉前方景物图像的自动调焦摄像头、用于调整自动调焦摄像头的拍摄角度的摄像头转轴、用于驱动摄像头转轴进行转动的第一电机和用于调整设置于船体尾部的舵叶的方向的第二电机，自动调焦摄像头和第一电机分别设置于摄像头转轴的顶部和底部，自动调焦摄像头、第一电机和第二电机分别与单片机相连接；单片机根据由自动调焦摄像头拍摄到的图像驱动第二电机调整舵叶的方向。该自动巡航小船，能够通过检测前方是否存在障碍物，从而绕开障碍物进行航行，达到能够在复杂水面上安全航行的目的。

Description

一种带有避障功能的自动巡航小船
技术领域
本发明涉及自动巡航技术领域，尤其是一种带有避障功能的自动巡航小船。
背景技术
目前淡水养殖中，自动巡航小船的发展并不是很成熟，对于船在水上进行自动巡航的成果并不是很多，对于水上避障的功能并不成熟。现有的大部分自动巡航船的巡航功能主要是依赖于gps定位，通过gps定位来确定船的航行路线，但是在复杂的水面上，单靠gps定位是远远不够的，带避障功能的小船才能在水面上更加安全的航行。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种带有避障功能的自动巡航小船，通过检测前方是否存在障碍物，从而绕开障碍物进行航行，达到能够在复杂水面上安全航行的目的。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种带有避障功能的自动巡航小船，包括船体，船体之中设置有用于进行信号处理的单片机、用于捕捉前方景物图像的自动调焦摄像头、用于调整自动调焦摄像头的拍摄角度的摄像头转轴、用于驱动摄像头转轴进行转动的第一电机和用于调整设置于船体尾部的舵叶的方向的第二电机，自动调焦摄像头和第一电机分别设置于摄像头转轴的顶部和底部，自动调焦摄像头、第一电机和第二电机分别与单片机相连接；单片机根据由自动调焦摄像头拍摄到的图像驱动第二电机调整舵叶的方向。
进一步，船体之中还设置有用于进行定位的GPS定位模块，GPS定位模块与单片机相连接。
进一步，船体之中还设置有用于与外部设备进行无线数据传输的无线通信模块，无线通信模块与单片机相连接。
进一步，自动调焦摄像头固定设置于摄像头转轴的顶部，摄像头转轴的底部设置有传动齿轮，第一电机的转轴设置有主动齿轮，传动齿轮与主动齿轮相互啮合；自动调焦摄像头每转动任一角度均进行自动对焦操作。
进一步，单片机根据由自动调焦摄像头拍摄到的图像驱动第二电机调整舵叶的方向，包括以下步骤：
S1、调整自动调焦摄像头的角度，使自动调焦摄像头对前方景物进行对焦，获取前方景物的图像信息，并把该图像信息传输到单片机之中；S2、单片机对该图像信息进行二值化处理，得到二值化图像，在该二值化图像中，水环境被识别为白色区域，水环境中的异物被识别为黑色区域；
S3、判断二值化图像之中是否存在黑色区域，若是，转到步骤S4；否则返回步骤S1；
S4、在二值化图像中提取黑色区域的边线；
S5、根据边线的形状及位置对异物的大小及位置进行判断，得到船体进行左移或右移的移动角度值；
S6、单片机根据该移动角度值驱动第二电机进行转动，从而使舵叶转动与该移动角度值相同的角度，并返回步骤S1。
本发明的有益效果是：一种带有避障功能的自动巡航小船，在单片机的控制作用下，第一电机能够使摄像头转轴进行任意角度的转动，从而带动自动调焦摄像头进行对应的转动，因此，自动调焦摄像头能够准确捕捉船体前方的景物图像信息，当单片机接收到由自动调焦摄像头发送过来的景物图像信息后，单片机会对该景物图像信息进行处理，从而输出驱动第二电机进行转动的驱动信号，使得第二电机带动舵叶进行转动，从而实现对船体前进方向的调整，从而能够有效避开处于船体前方的障碍物，达到能够在复杂水面上安全航行的目的。此外，每当第二电机调整舵叶的转动角度后，自动调焦摄像头都会重新进行调焦，从而能够持续对船体前方一定范围内的景物进行图像拍摄，从而能够对障碍物进行准确的检测。因此，本发明的自动巡航小船，能够通过检测前方是否存在障碍物，从而绕开障碍物进行航行，达到能够在复杂水面上安全航行的目的。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的自动巡航小船的原理图；
图2是自动巡航小船在进行巡航操作时的流程图。
具体实施方式
参照图1－图2，本发明的一种带有避障功能的自动巡航小船，包括船体，船体之中设置有用于进行信号处理的单片机1、用于捕捉前方景物图像的自动调焦摄像头2、用于调整自动调焦摄像头2的拍摄角度的摄像头转轴、用于驱动摄像头转轴进行转动的第一电机3和用于调整设置于船体尾部的舵叶的方向的第二电机4，自动调焦摄像头2和第一电机3分别设置于摄像头转轴的顶部和底部，自动调焦摄像头2、第一电机3和第二电机4分别与单片机1相连接；单片机1根据由自动调焦摄像头2拍摄到的图像驱动第二电机4调整舵叶的方向。具体地，单片机1可以采用飞思卡尔的K60系列单片机中的任意一种，例如具体型号为MK60N512VMD100。在单片机1的控制作用下，第一电机3能够使摄像头转轴进行任意角度的转动，从而带动自动调焦摄像头2进行对应的转动，因此，自动调焦摄像头2能够准确捕捉船体前方的景物图像信息，当单片机1接收到由自动调焦摄像头2发送过来的景物图像信息后，单片机1会对该景物图像信息进行处理，从而输出驱动第二电机4进行转动的驱动信号，使得第二电机4带动舵叶进行转动，从而实现对船体前进方向的调整，从而能够有效避开处于船体前方的障碍物，达到能够在复杂水面上安全航行的目的。此外，每当第二电机4调整舵叶的转动角度后，自动调焦摄像头2都会重新进行调焦，从而能够持续对船体前方一定范围内的景物进行图像拍摄，从而能够对障碍物进行准确的检测。因此，本发明的自动巡航小船，能够通过检测前方是否存在障碍物，从而绕开障碍物进行航行，达到能够在复杂水面上安全航行的目的。
其中，参照图1，船体之中还设置有用于进行定位的GPS定位模块5，GPS定位模块5与单片机1相连接。具体地，GPS定位模块5能够对船体进行准确的定位，从而使得管理人员能够准确获知自动巡航小船的具***置，从而方便管理人员对自动巡航小船进行管理。
其中，参照图1，船体之中还设置有用于与外部设备进行无线数据传输的无线通信模块6，无线通信模块6与单片机1相连接。具体地，无线通信模块6能够与管理人员手中的移动终端或者控制终端进行通信，因此，自动巡航小船能够把其捕捉到的景物图像以及其进行自动巡航时的轨迹路线同步上传到移动终端或者控制终端之中，不仅能够方便管理人员对自动巡航小船的管理，并且能够便于管理人员了解当前水域的环境情况，从而使得管理人员能够对当前水域采取针对性的管理措施。
其中，参照图1，自动调焦摄像头2固定设置于摄像头转轴的顶部，摄像头转轴的底部设置有传动齿轮，第一电机3的转轴设置有主动齿轮，传动齿轮与主动齿轮相互啮合；自动调焦摄像头2每转动任一角度均进行自动对焦操作。具体地，当自动巡航小船进行转向或正常行驶时，第一电机3都会驱动摄像头转轴进行对应的转动，从而带动自动调焦摄像头2进行转动，使得自动调焦摄像头2能够在自动巡航小船的行驶过程中不断对其前方一定范围内的景物进行图像拍摄，从而保证自动巡航小船能够准确避开障碍物，实现其在水面上的安全行驶。
其中，参照图1－图2，其中图2是自动巡航小船进行巡航操作时的流程图。单片机1根据由自动调焦摄像头2拍摄到的图像驱动第二电机4调整舵叶的方向，包括以下步骤：
S1、调整自动调焦摄像头2的角度，使自动调焦摄像头2对前方景物进行对焦，获取前方景物的图像信息，并把该图像信息传输到单片机1之中；
S2、单片机1对该图像信息进行二值化处理，得到二值化图像，在该二值化图像中，水环境被识别为白色区域，水环境中的异物被识别为黑色区域；
S3、判断二值化图像之中是否存在黑色区域，若是，转到步骤S4；否则返回步骤S1；
S4、在二值化图像中提取黑色区域的边线；
S5、根据边线的形状及位置对异物的大小及位置进行判断，得到船体进行左移或右移的移动角度值；
S6、单片机1根据该移动角度值驱动第二电机4进行转动，从而使舵叶转动与该移动角度值相同的角度，并返回步骤S1。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种带有避障功能的自动巡航小船，其特征在于：包括船体，所述船体之中设置有用于进行信号处理的单片机(1)、用于捕捉前方景物图像的自动调焦摄像头(2)、用于调整所述自动调焦摄像头(2)的拍摄角度的摄像头转轴、用于驱动所述摄像头转轴进行转动的第一电机(3)和用于调整设置于所述船体尾部的舵叶的方向的第二电机(4)，所述自动调焦摄像头(2)和第一电机(3)分别设置于所述摄像头转轴的顶部和底部，所述自动调焦摄像头(2)、第一电机(3)和第二电机(4)分别与所述单片机(1)相连接；所述单片机(1)根据由所述自动调焦摄像头(2)拍摄到的图像驱动所述第二电机(4)调整舵叶的方向。
2.根据权利要求1所述的一种带有避障功能的自动巡航小船，其特征在于：所述船体之中还设置有用于进行定位的GPS定位模块(5)，所述GPS定位模块(5)与所述单片机(1)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种带有避障功能的自动巡航小船，其特征在于：所述船体之中还设置有用于与外部设备进行无线数据传输的无线通信模块(6)，所述无线通信模块(6)与所述单片机(1)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种带有避障功能的自动巡航小船，其特征在于：所述自动调焦摄像头(2)固定设置于所述摄像头转轴的顶部，所述摄像头转轴的底部设置有传动齿轮，所述第一电机(3)的转轴设置有主动齿轮，所述传动齿轮与主动齿轮相互啮合；所述自动调焦摄像头(2)每转动任一角度均进行自动对焦操作。
5.根据权利要求1所述的一种带有避障功能的自动巡航小船，其特征在于：所述单片机(1)根据由所述自动调焦摄像头(2)拍摄到的图像驱动所述第二电机(4)调整舵叶的方向，包括以下步骤：
S1、调整自动调焦摄像头(2)的角度，使自动调焦摄像头(2)对前方景物进行对焦，获取前方景物的图像信息，并把该图像信息传输到单片机(1)之中；
S2、单片机(1)对该图像信息进行二值化处理，得到二值化图像，在该二值化图像中，水环境被识别为白色区域，水环境中的异物被识别为黑色区域；
S3、判断二值化图像之中是否存在黑色区域，若是，转到步骤S4；否则返回步骤S1；
S4、在二值化图像中提取黑色区域的边线；
S5、根据边线的形状及位置对异物的大小及位置进行判断，得到船体进行左移或右移的移动角度值；
S6、单片机(1)根据该移动角度值驱动第二电机(4)进行转动，从而使舵叶转动与该移动角度值相同的角度，并返回步骤S1。
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