CN113602416A - 无人船视觉感知*** - Google Patents

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CN113602416A CN202110911270.8A CN202110911270A CN113602416A CN 113602416 A CN113602416 A CN 113602416A CN 202110911270 A CN202110911270 A CN 202110911270A CN 113602416 A CN113602416 A CN 113602416A
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unmanned
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刘鑫
李峰
肖长诗
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Shandong Jiaotong University
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Abstract

本发明公开了无人船视觉感知***，包括激光雷达、传输天线、升降机构、全景摄像头、固定盒、防护机构、无人船主体、驱动电机、螺旋桨、图像收集模块、图像处理模块、波段收集模块、数据融合模块、工控机模块、数据存储模块、无线传输模块、坐标定位模块、地图生成模块、路径规划模块、驱动模块和毫米波雷达，本发明通过激光雷达、全景摄像头以及毫米波雷达进行混合感知，有利于提升感知的精确度，并且通过图像处理模块的设置，利用基于暗通道先验的去雾强化方法对图片进行去雾，有利于提升无人船在恶劣天气下的感知能力，通过升降机构的设置，实现了全景摄像头的升降，有利于扩大全景摄像头的拍摄范围，减少了拍摄死角。

Description

无人船视觉感知***
技术领域
本发明涉及无人船技术领域，具体为无人船视觉感知***。
背景技术
无人船是一种可以无需遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，英文缩写为USV，现如今，不少国家已开始研制无人船，一些船业巨头甚至乐观预测：也许只需几十年，发展成熟的“幽灵船”技术将改写全球远洋运输的面貌。
现今市场上的无人船种类繁多，基本可以满足人们的使用需求，但是依然存在一定的不足之处，具体问题有以下几点。
(1)现有的无人船的视觉感知***主要靠雷达和摄像头进行感知，虽然现如今摄像头和雷达的精度已经很高，但是靠干扰能力较差，尤其是在大雾天，会出现感知精度下降的问题，降低了行驶的安全性；
(2)现有的无人船的摄像头高度固定，对于周围环境监测拍摄的范围较小，难以根据实际情况调整摄像头的高度；
(3)现有的无人船船身周围安装有较多传感器和雷达，无人船高速行驶过程中的杂物会对传感器和雷达造成破坏，降低了设备的使用寿命，并且采用固定防护装置，检修不便，费时费力，降低了设备的实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供无人船视觉感知***，以解决上述背景技术中提出抗干扰能力差、摄像头高度固定以及实用性较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：无人船视觉感知***，包括第一太阳能板、激光雷达、传输天线、升降机构、底板、全景摄像头、第二太阳能板、固定盒、防护机构、通孔、警示灯、无人船主体、驱动电机、螺旋桨、安装座、图像收集模块、图像处理模块、波段收集模块、数据融合模块、工控机模块、数据存储模块、无线传输模块、坐标定位模块、地图生成模块、路径规划模块、驱动模块和毫米波雷达，所述无人船主体顶部中心安装有固定盒，且固定盒内部底面依次安装有图像收集模块、图像处理模块、波段收集模块、数据融合模块、工控机模块、数据存储模块、无线传输模块、坐标定位模块、地图生成模块、路径规划模块和驱动模块，图像收集模块、图像处理模块和波段收集模块位于数据融合模块上方，且数据融合模块位于工控机模块上方，工控机模块位于数据存储模块、无线传输模块、坐标定位模块、地图生成模块、路径规划模块和驱动模块上方，固定盒顶部中心安装有升降机构，且固定盒顶部一侧安装有激光雷达，无人船主体四周均匀开设有四个通孔，且通孔位置的无人船主体的内壁上安装有防护机构。
优选的，所述防护机构包括玻璃钢挡板、齿条、齿轮、第一伺服电机、固定杆、连接杆、滑块和滑轨，通孔位置的无人船主体的内壁顶部与底部分别固定连接有滑轨，且滑轨相对一侧分别滑动连接有滑块，滑块相对一侧分别与玻璃钢挡板顶部与底部固定连接，且玻璃钢挡板一侧中心安装有齿条，齿条一侧与齿轮外圆周啮合，且齿轮套接固定在第一伺服电机输出端，玻璃钢挡板一侧设置有毫米波雷达，且毫米波雷达均匀安装在无人船主体内侧壁四处。
优选的，所述第一伺服电机固定端焊接有连接杆，且连接杆顶部与固定杆底部一侧固定连接，固定杆固定焊接在且通孔位置的无人船主体的内壁顶部。
优选的，所述升降机构包括固定块、丝杆、固定筒、第二伺服电机、环形接线柱、垫块、升降板、接电头和导杆，固定盒顶部中心安装有固定筒，且固定筒内部顶面固定连接有固定块，固定块中心活动贯穿有丝杆，且丝杆与固定块中心通过滚珠螺母配合连接，丝杆底端中心与第二伺服电机输出端焊接，且第二伺服电机固定端与垫块顶部中心固定连接，垫块底部与升降板顶部中心固定连接。
优选的，所述垫块顶部边缘处固定连接有环形接线柱，且环形接线柱顶部一侧与接电头底部贴合，接电头与第二伺服电机正负极接线柱电性连接，环形接线柱通过导线与蓄电池正负极电性连接。
优选的，所述固定块底部四角位置分别焊接有导杆，且四根导杆中下部分别活动贯穿升降板顶部四角，四根导杆底部与固定筒内部底面四角位置固定连接。
优选的，所述丝杆中上部活动贯穿固定筒顶部中心，且丝杆顶部与底板底部中心固定连接，且底板顶部安装有全景摄像头。
优选的，所述固定盒顶部中心两侧分别安装有传输天线，且固定盒顶部靠近两角位置对称安装有警示灯。
优选的，所述无人船主体上表面一侧安装有第一太阳能板，且无人船主体上表面另一侧安装有第二太阳能板，第一太阳能板和第二太阳能板均通过导线与蓄电池电性连接。
优选的，所述无人船主体底部一侧中心焊接有安装座，且安装座底部转动安装有驱动电机，驱动电机输出端套接固定有螺旋桨。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过激光雷达、全景摄像头以及毫米波雷达进行混合感知，有利于提升感知的精确度，并且通过图像处理模块的设置，利用基于暗通道先验的去雾强化方法对图片进行去雾，有利于提升无人船在恶劣天气下的感知能力，提升了行驶的安全性；
2.本发明通过升降机构的设置，实现了全景摄像头的升降，有利于扩大全景摄像头的拍摄范围，减少拍摄死角，有利于根据实际情况来调整全景摄像头的高度，提升了设备的实用性；
3.本发明通过防护机构中的玻璃钢挡板的设置，实现了对毫米波雷达的防护，避免飞石和杂物对毫米波雷达的破坏，延长了使用寿命，并且玻璃钢挡板的自动打开和关闭，便于对毫米波雷达的检修和维护。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明的整体结构正视图；
图3为本发明的整体结构正视局部剖视图；
图4为本发明的图3中A区域放大示意图；
图5为本发明的整体结构俯视图；
图6为本发明的整体结构俯视剖视图；
图7为本发明的整体结构俯视局部剖视图；
图8为本发明的图7中B区域放大示意图；
图9为本发明的整体结构侧视图；
图10为本发明的整体结构侧视局部剖视图；
图11为本发明的图10中C区域放大示意图；
图12为本发明的***流程图；
图中：1、第一太阳能板；2、激光雷达；3、传输天线；4、升降机构；5、底板；6、全景摄像头；7、第二太阳能板；8、固定盒；9、防护机构；10、通孔；11、警示灯；12、无人船主体；13、驱动电机；14、螺旋桨；15、安装座；16、图像收集模块；17、图像处理模块；18、波段收集模块；19、数据融合模块；20、工控机模块；21、数据存储模块；22、无线传输模块；23、坐标定位模块；24、地图生成模块；25、路径规划模块；26、驱动模块；27、毫米波雷达；901、玻璃钢挡板；902、齿条；903、齿轮；904、第一伺服电机；905、固定杆；906、连接杆；907、滑块；908、滑轨；401、固定块；402、丝杆；403、固定筒；404、第二伺服电机；405、环形接线柱；406、垫块；407、升降板；408、接电头；409、导杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-12，本发明提供的一种实施例：无人船视觉感知***，包括第一太阳能板1、激光雷达2、传输天线3、升降机构4、底板5、全景摄像头6、第二太阳能板7、固定盒8、防护机构9、通孔10、警示灯11、无人船主体12、驱动电机13、螺旋桨14、安装座15、图像收集模块16、图像处理模块17、波段收集模块18、数据融合模块19、工控机模块20、数据存储模块21、无线传输模块22、坐标定位模块23、地图生成模块24、路径规划模块25、驱动模块26和毫米波雷达27，无人船主体12底部一侧中心焊接有安装座15，且安装座15底部转动安装有驱动电机13，驱动电机13输出端套接固定有螺旋桨14，有利于通过驱动电机13和螺旋桨14来驱动无人船主体12，无人船主体12上表面一侧安装有第一太阳能板1，且无人船主体12上表面另一侧安装有第二太阳能板7，第一太阳能板1和第二太阳能板7均通过导线与蓄电池电性连接，有利于通过第一太阳能板1和第二太阳能板7给蓄电池充电，无人船主体12顶部中心安装有固定盒8，固定盒8顶部中心两侧分别安装有传输天线3，且固定盒8顶部靠近两角位置对称安装有警示灯11，有利于传输天线3和警示灯11的固定安装，且固定盒8内部底面依次安装有图像收集模块16、图像处理模块17、波段收集模块18、数据融合模块19、工控机模块20、数据存储模块21、无线传输模块22、坐标定位模块23、地图生成模块24、路径规划模块25和驱动模块26，图像收集模块16、图像处理模块17和波段收集模块18位于数据融合模块19上方，且数据融合模块19位于工控机模块20上方，工控机模块20位于数据存储模块21、无线传输模块22、坐标定位模块23、地图生成模块24、路径规划模块25和驱动模块26上方，固定盒8顶部中心安装有升降机构4，升降机构4包括固定块401、丝杆402、固定筒403、第二伺服电机404、环形接线柱405、垫块406、升降板407、接电头408和导杆409，固定盒8顶部中心安装有固定筒403，且固定筒403内部顶面固定连接有固定块401，固定块401中心活动贯穿有丝杆402，且丝杆402与固定块401中心通过滚珠螺母配合连接，丝杆402底端中心与第二伺服电机404输出端焊接，且第二伺服电机404固定端与垫块406顶部中心固定连接，垫块406底部与升降板407顶部中心固定连接，垫块406顶部边缘处固定连接有环形接线柱405，且环形接线柱405顶部一侧与接电头408底部贴合，接电头408与第二伺服电机404正负极接线柱电性连接，环形接线柱405通过导线与蓄电池正负极电性连接，有利于保证第二伺服电机404转动时也能保持通电，固定块401底部四角位置分别焊接有导杆409，且四根导杆409中下部分别活动贯穿升降板407顶部四角，四根导杆409底部与固定筒403内部底面四角位置固定连接，有利于通过导杆409保持升降板407的运动方向，丝杆402中上部活动贯穿固定筒403顶部中心，且丝杆402顶部与底板5底部中心固定连接，且底板5顶部安装有全景摄像头6，且固定盒8顶部一侧安装有激光雷达2，无人船主体12四周均匀开设有四个通孔10，且通孔10位置的无人船主体12的内壁上安装有防护机构9，防护机构9包括玻璃钢挡板901、齿条902、齿轮903、第一伺服电机904、固定杆905、连接杆906、滑块907和滑轨908，通孔10位置的无人船主体12的内壁顶部与底部分别固定连接有滑轨908，且滑轨908相对一侧分别滑动连接有滑块907，滑块907相对一侧分别与玻璃钢挡板901顶部与底部固定连接，且玻璃钢挡板901一侧中心安装有齿条902，齿条902一侧与齿轮903外圆周啮合，且齿轮903套接固定在第一伺服电机904输出端，玻璃钢挡板901一侧设置有毫米波雷达27，且毫米波雷达27均匀安装在无人船主体12内侧壁四处，第一伺服电机904固定端焊接有连接杆906，且连接杆906顶部与固定杆905底部一侧固定连接，固定杆905固定焊接在且通孔10位置的无人船主体12的内壁顶部，有利于对毫米波雷达27进行防护。
工作原理：本发明在使用时，首先通过全景摄像头6来实时拍摄周围环境的照片，继而图像传递到图像收集模块16，随后照片传递到图像处理模块17中，利用基于暗通道先验的去雾强化方法对图片进行去雾处理，同时激光雷达2和毫米波雷达27同样采用回波成像来探测物体，成像传递到波段收集模块18，随后图像处理模块17处理后的图片以及回波形成的像一起传递到数据融合模块19进行融合，继而传递到工控机模块20中进行处理，此时工控机模块20将数据传递到数据存储模块21进行储存备份，同时将数据通过无线传输模块22传递到后台的显示器中进行显示，并且数据传递到坐标定位模块23中，利用坐标定位模块23对无人船以及障碍物的坐标进行定位，随后坐标定位传递到地图生成模块24，随后根据提前储存的海图模型，生成实时地图，随后以无人船主体12周围半径一米建立安全区，利用路径规划模块25来规划合理的行进路线，随后驱动模块26将驱动信号传递到驱动电机13，驱动电机13开始转动，随后带动螺旋桨14转动，继而根据规划的安全路径前进，通过玻璃钢挡板901的安装，有利于减少石子和杂物对毫米波雷达27的伤害，有利于延长毫米波雷达27的使用寿命，并且当需要进行检修时，打开第一伺服电机904，第一伺服电机904输出端开始转动，继而带动齿轮903转动，随后带动齿条902沿着滑轨908的方向滑动，继而打开玻璃钢挡板901，便于通过通孔10来对毫米波雷达27进行检修和更换，完成后反向转动第一伺服电机904，继而带动齿轮903反向转动，随后带动齿条902沿着滑轨908的方向反向滑动，随即关闭玻璃钢挡板901，有利于提升设备的实用性，当需要调整全景摄像头6的高度时，打开第二伺服电机404，第二伺服电机404输出端开始转动，随后带动丝杆402转动，由于丝杆402与固定块401通过螺母块配合连接，从而丝杆402向上运动，随即带动底板5向上运动，随后带动全景摄像头6向上运动，反向转动第二伺服电机404，则实现全景摄像头6的向下运动，有利于实现全景摄像头6的升降，扩大了全景摄像头6的拍摄范围，便于根据实际情况来调整全景摄像头6的高度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.无人船视觉感知***，包括第一太阳能板(1)、激光雷达(2)、传输天线(3)、升降机构(4)、底板(5)、全景摄像头(6)、第二太阳能板(7)、固定盒(8)、防护机构(9)、通孔(10)、警示灯(11)、无人船主体(12)、驱动电机(13)、螺旋桨(14)、安装座(15)、图像收集模块(16)、图像处理模块(17)、波段收集模块(18)、数据融合模块(19)、工控机模块(20)、数据存储模块(21)、无线传输模块(22)、坐标定位模块(23)、地图生成模块(24)、路径规划模块(25)、驱动模块(26)和毫米波雷达(27)，其特征在于：所述无人船主体(12)顶部中心安装有固定盒(8)，且固定盒(8)内部底面依次安装有图像收集模块(16)、图像处理模块(17)、波段收集模块(18)、数据融合模块(19)、工控机模块(20)、数据存储模块(21)、无线传输模块(22)、坐标定位模块(23)、地图生成模块(24)、路径规划模块(25)和驱动模块(26)，图像收集模块(16)、图像处理模块(17)和波段收集模块(18)位于数据融合模块(19)上方，且数据融合模块(19)位于工控机模块(20)上方，工控机模块(20)位于数据存储模块(21)、无线传输模块(22)、坐标定位模块(23)、地图生成模块(24)、路径规划模块(25)和驱动模块(26)上方，固定盒(8)顶部中心安装有升降机构(4)，且固定盒(8)顶部一侧安装有激光雷达(2)，无人船主体(12)四周均匀开设有四个通孔(10)，且通孔(10)位置的无人船主体(12)的内壁上安装有防护机构(9)。
2.根据权利要求1所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述防护机构(9)包括玻璃钢挡板(901)、齿条(902)、齿轮(903)、第一伺服电机(904)、固定杆(905)、连接杆(906)、滑块(907)和滑轨(908)，通孔(10)位置的无人船主体(12)的内壁顶部与底部分别固定连接有滑轨(908)，且滑轨(908)相对一侧分别滑动连接有滑块(907)，滑块(907)相对一侧分别与玻璃钢挡板(901)顶部与底部固定连接，且玻璃钢挡板(901)一侧中心安装有齿条(902)，齿条(902)一侧与齿轮(903)外圆周啮合，且齿轮(903)套接固定在第一伺服电机(904)输出端，玻璃钢挡板(901)一侧设置有毫米波雷达(27)，且毫米波雷达(27)均匀安装在无人船主体(12)内侧壁四处。
3.根据权利要求2所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述第一伺服电机(904)固定端焊接有连接杆(906)，且连接杆(906)顶部与固定杆(905)底部一侧固定连接，固定杆(905)固定焊接在且通孔(10)位置的无人船主体(12)的内壁顶部。
4.根据权利要求1所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述升降机构(4)包括固定块(401)、丝杆(402)、固定筒(403)、第二伺服电机(404)、环形接线柱(405)、垫块(406)、升降板(407)、接电头(408)和导杆(409)，固定盒(8)顶部中心安装有固定筒(403)，且固定筒(403)内部顶面固定连接有固定块(401)，固定块(401)中心活动贯穿有丝杆(402)，且丝杆(402)与固定块(401)中心通过滚珠螺母配合连接，丝杆(402)底端中心与第二伺服电机(404)输出端焊接，且第二伺服电机(404)固定端与垫块(406)顶部中心固定连接，垫块(406)底部与升降板(407)顶部中心固定连接。
5.根据权利要求4所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述垫块(406)顶部边缘处固定连接有环形接线柱(405)，且环形接线柱(405)顶部一侧与接电头(408)底部贴合，接电头(408)与第二伺服电机(404)正负极接线柱电性连接，环形接线柱(405)通过导线与蓄电池正负极电性连接。
6.根据权利要求4所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述固定块(401)底部四角位置分别焊接有导杆(409)，且四根导杆(409)中下部分别活动贯穿升降板(407)顶部四角，四根导杆(409)底部与固定筒(403)内部底面四角位置固定连接。
7.根据权利要求4所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述丝杆(402)中上部活动贯穿固定筒(403)顶部中心，且丝杆(402)顶部与底板(5)底部中心固定连接，且底板(5)顶部安装有全景摄像头(6)。
8.根据权利要求1所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述固定盒(8)顶部中心两侧分别安装有传输天线(3)，且固定盒(8)顶部靠近两角位置对称安装有警示灯(11)。
9.根据权利要求1所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述无人船主体(12)上表面一侧安装有第一太阳能板(1)，且无人船主体(12)上表面另一侧安装有第二太阳能板(7)，第一太阳能板(1)和第二太阳能板(7)均通过导线与蓄电池电性连接。
10.根据权利要求1所述的无人船视觉感知***，其特征在于：所述无人船主体(12)底部一侧中心焊接有安装座(15)，且安装座(15)底部转动安装有驱动电机(13)，驱动电机(13)输出端套接固定有螺旋桨(14)。
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