CN115616597A - 一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法 - Google Patents

一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法。本发明所述装置包括跟踪转台子***、无人船位置及航向测量子***、环境测量子***、信息处理子***、透雾成像子***、图像处理子***、图像显示子***、激光测距子***、避障及航线规划子***和无人船方向控制子***。本发明将光的强度信息、光谱信息和偏振信息有机组合，可实现强度、光谱、偏振成像三个功能，是对无人船成像探测的有益补充，可穿透海雾，提高成像的图像对比度，图像对比度可以提高35％，提高工作距离1‑2倍，从而结合图像处理、人工智能完成无人船在复杂海雾环境中躲避障碍。

Description

一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法
技术领域
本发明属于光电成像技术领域，特别是涉及一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法。
背景技术
随着船舶信息化和智能化的快速发展，无人船的应用十分广泛，对于无人船航行的安全性需求也日益增加，但现有探测避障技术却忽略了海上气候复杂、多变的特点。由于海上雾天频繁，海雾导致能见度下降，严重影响船只在海上的行进。无人船的透雾成像探测及避障技术有限，现存技术并没有考虑海雾组成复杂，气候多变等问题，仅采用红外技术的穿透雾霾的成像***性能受到限制，本发明将多维度光学偏振成像和人工智能技术相结合，提出了一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法。国内在多维度探测、人工智能探测这两个方面虽然开展了初步的研究，但主要应用在气象探测、空间环境和地球科学等领域，尚未开展一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法。本发明将光的强度信息、光谱信息和偏振信息有机组合，可实现强度、光谱、偏振成像三个功能，是对无人船成像探测的有益补充，可穿透海雾，提高成像的图像对比度，从而结合图像处理、人工智能完成无人船在复杂海雾环境中躲避障碍。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种无人船透雾成像避障装置，包括跟踪转台子***10，所述避障装置还包括无人船位置及航向测量子***1、环境测量子***2、信息处理子***3、透雾成像子***4、图像处理子***5、图像显示子***6、激光测距子***7、避障及航线规划子***8和无人船方向控制子***9；所述跟踪转台子***10上设置信息处理子***3、透雾成像子***4和激光测距子***7；信息处理子***3控制跟踪转台子***10，跟踪转台子***10控制透雾成像子***4和激光测距子***7；
所述环境测量子***2、信息处理子***3、透雾成像子***4、图像处理子***5、图像显示子***6、避障及航线规划子***8和无人船方向控制子***9依次电学连接；所述激光测距子***7一端与图像处理子***5连接，另一端与避障及航线规划子***8连接；信息处理子***3、透雾成像子***4、激光测距子***7分别与跟踪转台子***10电学连接；无人船位置及航向测量子***1分别与信息处理子***3、避障及航线规划子***8电学连接；
所述透雾成像子***4包括滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ和旋转台单元Ⅳ；滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ光轴平行，依次连接；旋转台单元Ⅳ分别与滤光片选择单元Ⅰ、相机选择单元Ⅲ电学连接；
所述信息处理子***3根据环境测量子***2及无人船位置及航向测量子***1测量到的数据进行分析，通过控制旋转台49选择相应的滤光片和相机；所述信息处理子***3控制跟踪转台子***10将选择的成像装置与物体之间进行对准；
所述图像处理子***5包括图像增强处理单元51和偏振图像处理单元52；透雾成像子***4获得的图像信息由图像处理子***5进行图像处理，将进行信息处理后的图像传给图像显示子***6；
所述图像显示子***6将图像处理子***5处理后的图像显示出来，并将最终获得的图像传给避障及航线规划子***8进行分析来规划无人船行进路线；
所述激光测距子***7由跟踪转台子***10进行控制，并在所在方向上进行测距，将所得数据传给避障及航线规划子***8进行分析来规划无人船行进路线；
所述无人船方向控制子***9通过避障及航线规划子***8的规划，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍并回到原路线的任务。
进一步地，所述滤光片选择单元Ⅰ包括可见光滤光片41、近红外滤光片42和长波红外滤光片43；所述液晶相位延迟器单元Ⅱ包括液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45；所述相机选择单元Ⅲ包括可见相机46、近红外相机47和长波红外相机48；
当旋转台49旋转选择可见光滤光片41及可见光相机46时，可见光滤光片41、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和可见相机46同光轴且串联排列，光线依次经过，完成可见光强度成像与可见光偏振成像；
当旋转台49旋转选择近红外滤光片42及近红外相机47时，近红外滤光片42、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和近红外相机47同光轴且串联排列，光线依次经过，完成近红外强度成像与近红外偏振成像；
当旋转台49旋转选择长波红外滤光片43及长波红外相机48时，长波红外滤光片43、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和长波红外相机48同光轴且串联排列，光线依次经过，完成长波红外强度成像与长波红外偏振成像。
进一步地，所述无人船位置航向测量子***1包括导航定位***11和姿态传感器12，所述无人船位置航向测量子***1将导航定位***11和姿态传感器12采集的无人船位置信息传输给信息处理子***3的位置信息处理单元32以及避障及航线规划子***8。
进一步地，所述环境测量子***2包括能见度仪21和光敏传感器22，所述能见度仪21和光敏传感器22对环境参数进行测量并将数据传给信息处理子***3的环境信息处理单元31。
进一步地，所述避障及航线规划子***8包括避障处理单元81和路线规划单元82，避障及航线规划子***8结合无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，通过控制无人船方向控制子***9来完成无人船的避障任务及返回原定航线的路线。
本发明提出一种无人船透雾成像避障装置的使用方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤一、完成无人船透雾成像避障装置的搭建；
步骤二、由无人船位置及航向测量子***1中的导航定位***11和姿态传感器12测量得到无人船的位置及航向信息，并传给信息处理子***3；
步骤三、由环境测量子***2中的能见度仪21和光敏传感器22测量环境的参数，并传给信息处理子***3；
步骤四、由信息处理子***3将环境信息和位置信息进行处理，通过控制旋转台49对透雾成像子***4中的滤光片和相机进行选择，并控制跟踪转台子***10完成成像装置与物体之间的对准；
步骤五、旋转台49选择可见光滤光片41及可见光相机46，或近红外滤光片42及近红外相机47，或长波红外滤光片43及长波红外相机48完成成像过程；
步骤六、得到的图像在图像处理子***5中进行处理，0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像传入到偏振图像处理单元52中得到偏振图像，强度图像传入到图像增强处理单元51得到图像增强的强度图像；通过信息处理子***3的选择结果，选择是否进行偏振图像处理或图像增强处理，将处理后的图像传给图像显示子***6；
步骤七、将最终图像在图像显示子***6中显示出来，跟踪转台子***10同时控制透雾成像子***4和激光测距子***7，激光测距子***7在所在方向上进行测距；图像显示子***6和激光测距子***7得到的信息一同传递给避障及航线规划子***8；
步骤八、避障处理单元81通过无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，完成避障任务；路线规划单元82通过无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，规划无人船行驶路线，并将信息传递给无人船方向控制子***9；
步骤九、无人船方向控制子***9根据避障及航线规划子***8规划的行驶路线，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍的任务，并回到原始线路上。
进一步地，当旋转台49旋转选择可见光滤光片41及可见光相机46时，激光依次通过可见光滤光片41、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和可见相机46，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
进一步地，当旋转台49旋转选择近红外滤光片42及近红外相机47时，激光依次通过近红外滤光片42、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和近红外相机47，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
进一步地，当旋转台49旋转选择长波红外滤光片43及长波红外相机48时，激光依次通过长波红外滤光片43、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和长波红外相机48，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
本发明提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种无人船透雾成像避障装置的使用方法的步骤。
本发明的一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法具有以下优点：本发明提出的一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法，将光的强度信息、光谱信息和偏振信息有机组合，可实现强度、光谱、偏振成像三个功能，是对无人船成像探测的有益补充，可穿透海雾，提高成像的图像对比度。其中强度信息反映了探测距离、目标形状以及目标尺寸等；光谱信息反映了目标的材料组份以及表面形态等；偏振信息反映了目标的材质、粗糙度以及与背景的对比度；将强度、光谱和偏振三维信息联合应用，图像对比度可以提高35％，提高工作距离1-2倍，从而结合图像处理、人工智能完成无人船在复杂海雾环境中躲避障碍。
附图说明
图1为本发明的一种无人船透雾成像避障装置的结构示意图。
图中标记说明：1、无人船位置及航向测量子***；11、导航定位***；12、姿态传感器；2、环境测量子***；21、能见度仪；22、光敏传感器；3、信息处理子***；31、环境信息处理单元；32、位置信息处理单元；4、透雾成像子***；41、可见光滤光片；42、近红外滤光片；43、长波红外滤光片；44、液晶相位延迟器Ⅰ；45、液晶相位延迟器Ⅱ；46、可见相机；47、近红外相机；48、长波红外相机；49、旋转台；5、图像处理子***；51、图像增强处理单元；52、偏振图像处理单元；6、图像显示子***；7、激光测距子***；8、避障及航线规划子***；81、避障处理单元；82、路线规划单元；9、无人船方向控制子***；10、跟踪转台子***。
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。
本发明提出一种无人船透雾成像避障装置，包括无人船位置及航向测量子***、环境测量子***、信息处理子***、透雾成像子***、图像处理子***、图像显示子***、激光测距子***、避障及航线规划子***、无人船方向控制子***和跟踪转台子***。无人船位置及航向测量子***完成无人船位置以及航向的信息测量，环境测量子***完成对环境能见度及光照的检测，信息处理子***完成对环境信息和位置的处理和对成像的选择，透雾成像子***根据信息处理子***的选择调整旋转台和跟踪转台子***完成对物体的成像，图像处理子***按照信息处理子***的选择处理透雾成像子***的图像，并传到图像显示子***将图像显示并结合激光测距子***和无人船位置航向测量子***的信息，传递给避障及航线规划子***进行避障及规划无人船行进路线，避障及航线规划子***根据规划路线控制无人船方向控制子***进行避障及回到原始路线上。
本发明提出一种无人船透雾成像避障装置，包括跟踪转台子***10，所述避障装置还包括无人船位置及航向测量子***1、环境测量子***2、信息处理子***3、透雾成像子***4、图像处理子***5、图像显示子***6、激光测距子***7、避障及航线规划子***8和无人船方向控制子***9；所述跟踪转台子***10上设置信息处理子***3、透雾成像子***4和激光测距子***7；信息处理子***3控制跟踪转台子***10，跟踪转台子***10控制透雾成像子***4和激光测距子***7；
所述环境测量子***2、信息处理子***3、透雾成像子***4、图像处理子***5、图像显示子***6、避障及航线规划子***8和无人船方向控制子***9依次电学连接；所述激光测距子***7一端与图像处理子***5连接，另一端与避障及航线规划子***8连接；信息处理子***3、透雾成像子***4、激光测距子***7分别与跟踪转台子***10电学连接；无人船位置及航向测量子***1分别与信息处理子***3、避障及航线规划子***8电学连接；
所述透雾成像子***4包括滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ和旋转台单元Ⅳ；滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ光轴平行，依次连接；旋转台单元Ⅳ分别与滤光片选择单元Ⅰ、相机选择单元Ⅲ电学连接；
所述信息处理子***3根据环境测量子***2及无人船位置及航向测量子***1测量到的数据进行分析，通过控制旋转台49选择相应的滤光片和相机；所述信息处理子***3控制跟踪转台子***10将选择的成像装置与物体之间进行对准；
所述图像处理子***5包括图像增强处理单元51和偏振图像处理单元52；透雾成像子***4获得的图像信息由图像处理子***5进行图像处理，将进行信息处理后的图像传给图像显示子***6；
所述图像显示子***6将图像处理子***5处理后的图像显示出来，并将最终获得的图像传给避障及航线规划子***8进行分析来规划无人船行进路线；
所述激光测距子***7由跟踪转台子***10进行控制，并在所在方向上进行测距，将所得数据传给避障及航线规划子***8进行分析来规划无人船行进路线；
所述无人船方向控制子***9通过避障及航线规划子***8的规划，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍并回到原路线的任务。
所述滤光片选择单元Ⅰ包括可见光滤光片41、近红外滤光片42和长波红外滤光片43；所述液晶相位延迟器单元Ⅱ包括液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45；所述相机选择单元Ⅲ包括可见相机46、近红外相机47和长波红外相机48；
当旋转台49旋转选择可见光滤光片41及可见光相机46时，可见光滤光片41、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和可见相机46同光轴且串联排列，光线依次经过，完成可见光强度成像与可见光偏振成像；
当旋转台49旋转选择近红外滤光片42及近红外相机47时，近红外滤光片42、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和近红外相机47同光轴且串联排列，光线依次经过，完成近红外强度成像与近红外偏振成像；
当旋转台49旋转选择长波红外滤光片43及长波红外相机48时，长波红外滤光片43、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和长波红外相机48同光轴且串联排列，光线依次经过，完成长波红外强度成像与长波红外偏振成像。
所述无人船位置航向测量子***1包括导航定位***11和姿态传感器12，所述无人船位置航向测量子***1将导航定位***11和姿态传感器12采集的无人船位置信息传输给信息处理子***3的位置信息处理单元32以及避障及航线规划子***8。
所述环境测量子***2包括能见度仪21和光敏传感器22，所述能见度仪21和光敏传感器22对环境参数进行测量并将数据传给信息处理子***3的环境信息处理单元31。
所述避障及航线规划子***8包括避障处理单元81和路线规划单元82，避障及航线规划子***8结合无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，通过控制无人船方向控制子***9来完成无人船的避障任务及返回原定航线的路线。
本发明提出一种无人船透雾成像避障装置的使用方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤一、完成无人船透雾成像避障装置的搭建；
步骤二、由无人船位置及航向测量子***1中的导航定位***11和姿态传感器12测量得到无人船的位置及航向信息，并传给信息处理子***3；
步骤三、由环境测量子***2中的能见度仪21和光敏传感器22测量环境的参数，并传给信息处理子***3；
步骤四、由信息处理子***3将环境信息和位置信息进行处理，通过控制旋转台49对透雾成像子***4中的滤光片和相机进行选择，并控制跟踪转台子***10完成成像装置与物体之间的对准；
步骤五、旋转台49选择可见光滤光片41及可见光相机46，或近红外滤光片42及近红外相机47，或长波红外滤光片43及长波红外相机48完成成像过程；
步骤六、得到的图像在图像处理子***5中进行处理，0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像传入到偏振图像处理单元52中得到偏振图像，强度图像传入到图像增强处理单元51得到图像增强的强度图像；通过信息处理子***3的选择结果，选择是否进行偏振图像处理或图像增强处理，将处理后的图像传给图像显示子***6；
步骤七、将最终图像在图像显示子***6中显示出来，跟踪转台子***10同时控制透雾成像子***4和激光测距子***7，激光测距子***7在所在方向上进行测距；图像显示子***6和激光测距子***7得到的信息一同传递给避障及航线规划子***8；
步骤八、避障处理单元81通过无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，完成避障任务；路线规划单元82通过无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，规划无人船行驶路线，并将信息传递给无人船方向控制子***9；
步骤九、无人船方向控制子***9根据避障及航线规划子***8规划的行驶路线，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍的任务，并回到原始线路上。
当旋转台49旋转选择可见光滤光片41及可见光相机46时，激光依次通过可见光滤光片41、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和可见相机46，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
当旋转台49旋转选择近红外滤光片42及近红外相机47时，激光依次通过近红外滤光片42、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和近红外相机47，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
当旋转台49旋转选择长波红外滤光片43及长波红外相机48时，激光依次通过长波红外滤光片43、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和长波红外相机48，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
实施例
如图1所示，本发明提出一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法，所述装置包括无人船位置及航向测量子***1、环境测量子***2、信息处理子***3、透雾成像子***4、图像处理子***5、图像显示子***6、激光测距子***7、避障及航线规划子***8、无人船方向控制子***9和跟踪转台子***10。
其中，跟踪转台子***10上设置信息处理子***3、透雾成像子***4和激光测距子***7；信息处理子***3控制跟踪转台子***10，跟踪转台子***10控制透雾成像子***4和激光测距子***7；环境测量子***2、信息处理子***3、透雾成像子***4、图像处理子***5、图像显示子***6、避障及航线规划子***8和无人船方向控制子***9依次电学连接；信息处理子***3、透雾成像子***4、激光测距子***7分别与跟踪转台子***10电学连接；无人船位置及航向测量子***1分别与信息处理子***3、避障及航线规划子***8电学连接；
所述环境测量子***2包括上海莱比信公司的SWS-100型号能见度仪21和深圳市海虹微电子有限公公司的RPM-075PTT86光敏传感器22，对环境参数进行测量并将数据传给信息处理子***3的环境信息处理单元31。
所述透雾成像子***4包括滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ和旋转台单元Ⅳ；滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ光轴平行，依次连接。旋转台单元Ⅳ分别与滤光片选择单元Ⅰ、相机选择单元Ⅲ电学连接；
所述信息处理子***3根据环境测量子***2及无人船位置及航向测量子***1测量到的数据进行分析，通过控制旋转台49选择透雾成像子***3的滤光片选择单元Ⅰ(包括的美国Thorlabs公司的FEL0400型号可见光滤光片41、美国Thorlabs公司的FEL1050型号近红外滤光片42、美国Thorlabs公司的FB1750-500型号长波红外滤光片43)中的一个滤光片，以及选择相机选择单元Ⅲ(包括加拿大LUCCID的Phoenix型号可见光相机46、双利合谱公司的Pure系列的近红外相机47、美国Teledyne FLIR公司的A8580 SLS长波红外相机48)中的一个相机；所述液晶相位延迟器单元Ⅱ包括美国Thorlabs公司的KURIOS-WL1型号的液晶相位延迟器44和美国Thorlabs公司的KURIOS-WL1型号的液晶相位延迟器45，所述信息处理子***3控制跟踪转台子***10将选择的成像装置与物体之间进行对准；
所述图像处理子***5包括图像增强处理单元51和偏振图像处理单元52；透雾成像子***4获得的图像信息由图像处理子***5进行图像处理，将进行信息处理后的图像传给图像显示子***6；
所述图像显示子***6将图像处理子***5处理后的图像显示出来，并将最终获得的图像传给避障及航线规划子***8进行分析来规划无人船行进路线；
所述激光测距子***7由跟踪转台10进行控制，并在所在方向上进行测距，将所得数据传给传给避障及航线规划子***8进行分析来规划无人船行进路线；
所述避障及航线规划子***8包括避障处理单元81和路线规划单元82，避障及航线规划子***8结合无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，通过控制无人船方向控制子***9来完成无人船的避障任务及返回原定航线的路线。
所述无人船方向控制子***9通过避障及航线规划子***8的规划，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍并回到原路线的任务。
本发明还提出一种无人船透雾成像避障装置的使用方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤一、完成无人船透雾成像避障装置的搭建；
步骤二、由无人船位置及航向测量子***1中的导航定位***11和姿态传感器12测量得到无人船的位置及航向信息，并传给信息处理子***3；
步骤三、由环境测量子***2中的能见度仪21和光敏传感器22测量环境的参数，并传给信息处理子***3；
步骤四、由信息处理子***3将环境信息和位置信息进行处理，通过控制旋转台49对透雾成像子***4中的滤光片选择单元Ⅰ和相机选择单元Ⅲ进行选择，具体如下表1所示，并控制跟踪转台子***10完成成像装置与物体之间的对准。
表1信息处理子***对波段、偏振图像处理单元、图像增强处理单元的选择
能见度 光敏传感器 波段 偏振 图像增强
25-30公里 有 可见光 无 无
20-25公里 有 可见光 无 有
15-20公里 有 可见光 有 无
10-15公里 有 可见光 有 有
1-10公里 有 近红外 无 无
0.3-1公里 有 近红外 无 有
0.1-0.3公里 有 近红外 有 无
小于0.1公里 有 近红外 有 有
15-30公里 无 长波红外 无 无
1-15公里 无 长波红外 无 有
0.3-1公里 无 长波红外 有 无
小于0.3公里 无 长波红外 有 有
步骤五、旋转台49选择可见光滤光片41及可见光相机46，或近红外滤光片42及近红外相机47，或长波红外滤光片43及长波红外相机48完成成像过程；
(1)当旋转台49旋转选择可见光滤光片41及可见光相机46时，激光依次通过可见光滤光片41、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和可见相机46，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45可以获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
(2)当旋转台49旋转选择近红外滤光片42及近红外相机47时，激光依次通过近红外滤光片42、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和近红外相机47，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45可以获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
(3)当旋转台49旋转选择长波红外滤光片43及长波红外相机48时，激光依次通过长波红外滤光片43、液晶相位延迟器Ⅰ44、液晶相位延迟器Ⅱ45和长波红外相机48，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ44和液晶相位延迟器Ⅱ45可以获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***3选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***5。
步骤六、得到的图像在图像处理子***5中进行处理，0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像传入到偏振图像处理单元52中得到偏振图像，强度图像传入到图像增强处理单元51得到图像增强的强度图像；通过信息处理子***3的选择结果，选择是否进行偏振图像处理或图像增强处理，将处理后的图像传给图像显示子***6；例如能见度15-20公里且光敏传感器显示有光时，将选择可见光滤光片及可见光相机成像的偏振图像通过偏振图像处理单元52进行处理得到图像，不需要通过图像增强处理单元51，详见表1；
步骤七、将最终图像在图像显示子***6中显示出来，跟踪转台子***10同时控制透雾成像子***4和激光测距子***7，激光测距子***7在所在方向上进行测距。图像显示子***6和激光测距子***7得到的信息一同传递给避障及航线规划子***8。
步骤八、避障处理单元81通过无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，完成避障任务；路线规划单元82通过无人船位置及航向测量子***1、图像显示子***6和激光测距子***7传递的信息，规划无人船行驶路线，并将信息传递给无人船方向控制子***9；
步骤九、无人船方向控制子***9根据避障及航线规划子***8规划的行驶路线，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍的任务，并回到原始线路上。
步骤十、当环境参数改变时，重复步骤二到步骤九。
本发明提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种无人船透雾成像避障装置的使用方法的步骤。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambusRAM，DR RAM)。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，高密度数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disc，SSD))等。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
以上对本发明所提出的一种无人船透雾成像避障装置及其使用方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种无人船透雾成像避障装置，包括跟踪转台子***(10)，其特征在于，所述避障装置还包括无人船位置及航向测量子***(1)、环境测量子***(2)、信息处理子***(3)、透雾成像子***(4)、图像处理子***(5)、图像显示子***(6)、激光测距子***(7)、避障及航线规划子***(8)和无人船方向控制子***(9)；所述跟踪转台子***(10)上设置信息处理子***(3)、透雾成像子***(4)和激光测距子***(7)；信息处理子***(3)控制跟踪转台子***(10)，跟踪转台子***(10)控制透雾成像子***(4)和激光测距子***(7)；
所述环境测量子***(2)、信息处理子***(3)、透雾成像子***(4)、图像处理子***(5)、图像显示子***(6)、避障及航线规划子***(8)和无人船方向控制子***(9)依次电学连接；所述激光测距子***(7)一端与图像处理子***(5)连接，另一端与避障及航线规划子***(8)连接；信息处理子***(3)、透雾成像子***(4)、激光测距子***(7)分别与跟踪转台子***(10)电学连接；无人船位置及航向测量子***(1)分别与信息处理子***(3)、避障及航线规划子***(8)电学连接；
所述透雾成像子***(4)包括滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ和旋转台单元Ⅳ；滤光片选择单元Ⅰ、液晶相位延迟器单元Ⅱ和相机选择单元Ⅲ光轴平行，依次连接；旋转台单元Ⅳ分别与滤光片选择单元Ⅰ、相机选择单元Ⅲ电学连接；
所述信息处理子***(3)根据环境测量子***(2)及无人船位置及航向测量子***(1)测量到的数据进行分析，通过控制旋转台(49)选择相应的滤光片和相机；所述信息处理子***(3)控制跟踪转台子***(10)将选择的成像装置与物体之间进行对准；
所述图像处理子***(5)包括图像增强处理单元(51)和偏振图像处理单元(52)；透雾成像子***(4)获得的图像信息由图像处理子***(5)进行图像处理，将进行信息处理后的图像传给图像显示子***(6)；
所述图像显示子***(6)将图像处理子***(5)处理后的图像显示出来，并将最终获得的图像传给避障及航线规划子***(8)进行分析来规划无人船行进路线；
所述激光测距子***(7)由跟踪转台子***(10)进行控制，并在所在方向上进行测距，将所得数据传给避障及航线规划子***(8)进行分析来规划无人船行进路线；
所述无人船方向控制子***(9)通过避障及航线规划子***(8)的规划，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍并回到原路线的任务。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滤光片选择单元Ⅰ包括可见光滤光片(41)、近红外滤光片(42)和长波红外滤光片(43)；所述液晶相位延迟器单元Ⅱ包括液晶相位延迟器Ⅰ(44)和液晶相位延迟器Ⅱ(45)；所述相机选择单元Ⅲ包括可见相机(46)、近红外相机(47)和长波红外相机(48)；
当旋转台(49)旋转选择可见光滤光片(41)及可见光相机(46)时，可见光滤光片(41)、液晶相位延迟器Ⅰ(44)、液晶相位延迟器Ⅱ(45)和可见相机(46)同光轴且串联排列，光线依次经过，完成可见光强度成像与可见光偏振成像；
当旋转台(49)旋转选择近红外滤光片(42)及近红外相机(47)时，近红外滤光片(42)、液晶相位延迟器Ⅰ(44)、液晶相位延迟器Ⅱ(45)和近红外相机(47)同光轴且串联排列，光线依次经过，完成近红外强度成像与近红外偏振成像；
当旋转台(49)旋转选择长波红外滤光片(43)及长波红外相机(48)时，长波红外滤光片(43)、液晶相位延迟器Ⅰ(44)、液晶相位延迟器Ⅱ(45)和长波红外相机(48)同光轴且串联排列，光线依次经过，完成长波红外强度成像与长波红外偏振成像。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述无人船位置航向测量子***(1)包括导航定位***(11)和姿态传感器(12)，所述无人船位置航向测量子***(1)将导航定位***(11)和姿态传感器(12)采集的无人船位置信息传输给信息处理子***(3)的位置信息处理单元(32)以及避障及航线规划子***(8)。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述环境测量子***(2)包括能见度仪(21)和光敏传感器(22)，所述能见度仪(21)和光敏传感器(22)对环境参数进行测量并将数据传给信息处理子***(3)的环境信息处理单元(31)。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述避障及航线规划子***(8)包括避障处理单元(81)和路线规划单元(82)，避障及航线规划子***(8)结合无人船位置及航向测量子***(1)、图像显示子***(6)和激光测距子***(7)传递的信息，通过控制无人船方向控制子***(9)来完成无人船的避障任务及返回原定航线的路线。
6.一种基于如权利要求1-5中任意一项所述的无人船透雾成像避障装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
步骤一、完成无人船透雾成像避障装置的搭建；
步骤二、由无人船位置及航向测量子***(1)中的导航定位***(11)和姿态传感器(12)测量得到无人船的位置及航向信息，并传给信息处理子***(3)；
步骤三、由环境测量子***(2)中的能见度仪(21)和光敏传感器(22)测量环境的参数，并传给信息处理子***(3)；
步骤四、由信息处理子***(3)将环境信息和位置信息进行处理，通过控制旋转台(49)对透雾成像子***(4)中的滤光片和相机进行选择，并控制跟踪转台子***(10)完成成像装置与物体之间的对准；
步骤五、旋转台(49)选择可见光滤光片(41)及可见光相机(46)，或近红外滤光片(42)及近红外相机(47)，或长波红外滤光片(43)及长波红外相机(48)完成成像过程；
步骤六、得到的图像在图像处理子***(5)中进行处理，0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像传入到偏振图像处理单元(52)中得到偏振图像，强度图像传入到图像增强处理单元(51)得到图像增强的强度图像；通过信息处理子***(3)的选择结果，选择是否进行偏振图像处理或图像增强处理，将处理后的图像传给图像显示子***(6)；
步骤七、将最终图像在图像显示子***(6)中显示出来，跟踪转台子***(10)同时控制透雾成像子***(4)和激光测距子***(7)，激光测距子***(7)在所在方向上进行测距；图像显示子***(6)和激光测距子***(7)得到的信息一同传递给避障及航线规划子***(8)；
步骤八、避障处理单元(81)通过无人船位置及航向测量子***(1)、图像显示子***(6)和激光测距子***(7)传递的信息，完成避障任务；路线规划单元(82)通过无人船位置及航向测量子***(1)、图像显示子***(6)和激光测距子***(7)传递的信息，规划无人船行驶路线，并将信息传递给无人船方向控制子***(9)；
步骤九、无人船方向控制子***(9)根据避障及航线规划子***(8)规划的行驶路线，控制无人船的行进方向，完成躲避障碍的任务，并回到原始线路上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当旋转台(49)旋转选择可见光滤光片(41)及可见光相机(46)时，激光依次通过可见光滤光片(41)、液晶相位延迟器Ⅰ(44)、液晶相位延迟器Ⅱ(45)和可见相机(46)，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ(44)和液晶相位延迟器Ⅱ(45)获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***(3)选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***(5)。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当旋转台(49)旋转选择近红外滤光片(42)及近红外相机(47)时，激光依次通过近红外滤光片(42)、液晶相位延迟器Ⅰ(44)、液晶相位延迟器Ⅱ(45)和近红外相机(47)，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ(44)和液晶相位延迟器Ⅱ(45)获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***(3)选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***(5)。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当旋转台(49)旋转选择长波红外滤光片(43)及长波红外相机(48)时，激光依次通过长波红外滤光片(43)、液晶相位延迟器Ⅰ(44)、液晶相位延迟器Ⅱ(45)和长波红外相机(48)，通过调节液晶相位延迟器Ⅰ(44)和液晶相位延迟器Ⅱ(45)获得强度图像，和0°、45°、90°、135°线偏振和圆偏振图像，信息处理子***(3)选择强度图像或偏振图像，将其传入到图像处理子***(5)。
10.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求6-9任一项所述方法的步骤。
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