一種基于機器視覺的水產養護機器人

張允碩 張高源 申亞新

摘 要：部分水產例如海參對生活環境要求極為苛刻，養殖人員需要花費大量的精力來監測水產的生長情況，此外，水產偷盜給養殖戶也帶來了巨大的經濟損失。目前，養殖需要養殖人員定時下潛到深海檢查水質環境以及海參的生長情況，這給養殖人員的安全帶來隱患。基于此設計的水下監控機器人依靠機器視覺技術精準定位水下物體位置，有效克服水下光線不均和雜物遮擋等問題。實現遠端監控的作用。

關鍵詞：機器視覺 海底 監控 機器人

1 關鍵技術

立體視覺的基本原理是從多個視點觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差（即視差）來獲取景物的三維信息，這一過程與人類視覺的立體感知過程是類似的。一個完整的立體視覺系統通常可分為圖像獲取、攝像機定標、特征提取、立體匹配、深度確定及內插等六部分。

機器人程序的核心是立體視覺匹配算法。立體視覺系統是由左右兩部攝像機組成。如圖1所示，圖中分別以下標l和r標注左、右攝像機的相應參數。

世界空間中一點A（X，Y，Z）在左右攝像機的成像面Cl和Cr上的像點分別為al（ul，vl）和ar（ur，vr）。這兩個像點是世界空間中同一個對象點 A的像，稱為“共軛點”。知道了這兩個共軛像點，分別作它們與各自相機的光心Ol和Or的連線，即投影線 alOl和arOr，它們的交點即為世界空間中的對象點A（X，Y，Z）。這就是立體視覺的基本原理。

2 工作流程

單片機通過控制電動推進模塊結合電動升降模塊來驅動機器人水下運動，由陀螺儀模塊來檢測機器人的水平狀態，便于單片機判斷機器人的位置，并保持機器人的平衡。由攝像頭模塊將機器人所處環境進行圖像識別與采集，并將所采集到的圖像信息傳送到單片機，由測距模塊測量機器人本體與周圍障礙物的距離，從而避免機器人與障礙發生碰撞，由水質檢測模塊對水中含氧量，PH值以及水溫等參數進行監測，并將采集到的信息傳送給單片機，單片機接收數據采集模塊所采集到的信息，同時由單片機控制無線通訊模塊發送信息到監控臺，同時接受監控臺的反饋命令。

3實際效果

圖3是本文測試了機器人在水上和水下的視覺圖，從左往右分別為左眼視圖、景深合成圖和右眼視圖，其中景深合成圖亮度越亮的部分代表離攝像頭距離越近，在水上和水下效果是相同的。即機器人可以識別出物體在空間中的位置，能夠有效地識別出海參，監控其生長狀況和海上偷盜情況，

參考文獻

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