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基于Snell窗及偏振模式的水下载体航姿测量
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作者 辛润宏 张然 +3 位作者 褚金奎 巩文哲 李云鹏 程潇欧 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1801-1811,共11页
提出了一种在水下通过Snell窗获得偏振分布模式与天顶点坐标,进而得到水下载体的航姿信息(即航向角、横滚角与俯仰角)的方法。在载体上安装鱼眼镜头与偏振相机,在水下拍摄天空,得到偏振角分布模式。建立小孔成像模型得到相机的内外参数... 提出了一种在水下通过Snell窗获得偏振分布模式与天顶点坐标,进而得到水下载体的航姿信息(即航向角、横滚角与俯仰角)的方法。在载体上安装鱼眼镜头与偏振相机,在水下拍摄天空,得到偏振角分布模式。建立小孔成像模型得到相机的内外参数矩阵以及镜头畸变系数,对偏振角分布模式进行畸变校正,进而得到太阳子午线特征区域,使用Canny算子检测得到特征区域边缘,由霍夫直线检测算法计算出太阳子午线与水下载体体轴夹角,得到航向角。通过实验得到不同光入射角与偏振角误差的函数关系,进行误差补偿,减小由于鱼眼镜头改变入射光偏振态带来的偏振角测量误差,进而提高太阳子午线与水下载体体轴夹角的测量精度。利用灰度阈值检测算法筛选出图像中的天顶点坐标,进而计算载体的横滚角与俯仰角,经过实验验证了算法的准确性。搭建了模拟水下环境的实验平台,实验结果表明:该方法得到的航向角平均绝对误差为0.5303°。在[-50°,50°]角度范围内,横滚角与俯仰角平均绝对误差为0.7544°与0.6213°,满足水下导航的精度需求。 展开更多
关键词 水下导航 snell 偏振分布 图像处理
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Solar-tracking methodology based on refraction-polarization in Snell's window for underwater navigation 被引量:3
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作者 Pengwei HU Jian YANG +2 位作者 Lei GUO Xiang YU Wenshuo LI 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第3期380-389,共10页
Underwater navigation system is an indispensable part for autonomous underwater vehicles.Due to the indiscernibility of satellite signal,however,the underwater navigation problem is quite challenging,and a satellite-f... Underwater navigation system is an indispensable part for autonomous underwater vehicles.Due to the indiscernibility of satellite signal,however,the underwater navigation problem is quite challenging,and a satellite-free navigation scheme should be looked for.Polarization navigation,inspired by insects’capability of autonomous homing and foraging,is an alternative solution to satellite navigation with great application potential.Underwater polarization provides an indirect sun compass to animals for orientation determination.However,it is difficult to apply terrestrial solar-tracking methodologies in underwater situations due to the refraction of polarized skylight at the air–water interface.To resolve this issue,an underwater solar-tracking algorithm is developed based on the underwater refraction-polarization pattern inside the Snell’s window.By employing Snell’s law and Fresnel refraction formula to decouple the refractive ray bending and polarization deflection,the celestial polarization pattern is obtained based on underwater measurement.To further improve the accuracy,the degree of polarization is employed as a weight factor for E-vector.A long-lasting underwater experiment was conducted to validate the effectiveness of the proposed approach,and the results showed the root-mean-square errors of solar zenith and azimuth employing this algorithm were 0.3°and 1.3°,respectively.Our experimental results show that the refraction-polarization pattern inside the Snell’s window exhibits immense potential to improve the solar-tracking accuracy for underwater navigation. 展开更多
关键词 POLARIZATION REFRACTION snell’s window Solar position Underwater navigation
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水下对空成像Snell窗口的光学问题 被引量:4
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作者 赵文强 何大华 张瑞文 《光学与光电技术》 2015年第6期86-89,共4页
Snell窗口是水下对空成像时由于光线的折射现象形成的一个特殊的水面圆形区域,对研究水下对空成像的规律具有重要作用。研究了与Snell窗口有关的三个光学成像现象,即水面等效入瞳、波面曲率的影响以及天空亮度分布,分别建立了目标的水... Snell窗口是水下对空成像时由于光线的折射现象形成的一个特殊的水面圆形区域,对研究水下对空成像的规律具有重要作用。研究了与Snell窗口有关的三个光学成像现象,即水面等效入瞳、波面曲率的影响以及天空亮度分布,分别建立了目标的水面等效入瞳模型、水下对空成像光学系统简化模型,以及天空亮度分布模型,并给出了部分数值计算结果,对水下对空成像光学系统的设计具有借鉴意义。 展开更多
关键词 水下对空成像 虚拟潜望镜 snell窗口 全反射 消光边界
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基于虚拟潜望镜技术的水下测量海况方法研究 被引量:2
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作者 王光辉 颜世坤 +1 位作者 郭正东 蔡鹏 《光学与光电技术》 2015年第4期45-47,共3页
基于虚拟潜望镜技术的成像探测机理,分析了海面斜率变化和白冠对菲涅耳窗口图像的影响,提出了基于菲涅耳窗口图像破碎环带宽度和白冠像素群出现概率的海况等级解算模型。利用该模型,可通过对菲涅尔窗口图像的数字图像处理完成海况的解算... 基于虚拟潜望镜技术的成像探测机理,分析了海面斜率变化和白冠对菲涅耳窗口图像的影响,提出了基于菲涅耳窗口图像破碎环带宽度和白冠像素群出现概率的海况等级解算模型。利用该模型,可通过对菲涅尔窗口图像的数字图像处理完成海况的解算,具有被动、自动等特点。该方法可用于水下载运平台对海况的光电成像隐蔽测量,为虚拟潜望镜技术的应用拓展提供支撑。 展开更多
关键词 海况 水下测量 虚拟潜望镜 菲涅耳窗口
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