人类对于自然空间资源的需求尤其是海洋资源,随着经济的发展和人类活动的日益活跃,日渐增多。无人水下航行器简称UUV(Unmanned Underwater Vehicle)在军事运用及民用两方面都有着相当重要的作用。不论是在国家的国防建设或者是日常中的民事运用,对于较高性能的UUV都有着极大的需求。而此时UUV安全、准确地回收是保证其续航能力和水下作战能力的关键因素。而相对位姿估计技术是UUV水下近距离端回收导航定位的关键,视觉处理不但可以提供较为丰富的信息,而且因为近距离定位精度高的因素,在陆地上已被广泛的运用。但是水下环境极为复杂多变且常常伴有严重的噪声,对于其应用带来许多困难,因此这是一项很有实际意义的研究课题。本文针对无人水下航行器的回收研究,主要对于UUV水池回收实验里水下坏境噪声严重、存在伪目标光源和非理想拍摄条件下精度较低的几个问题,此文主要从下面几点进行研究:首先,针对水下实际环境复杂,水下图像质量下降的现实问题,分析水下图像降质的原因,针对水体散射、水下噪声以及滤波后图像边缘模糊等水下图像处理中的困难,对摄像机获取的水下光源图像进行预处理,通过对目标光源水下图像进行平滑和增强法,削弱噪声干扰,同时突出图像特征,提高水下目标光源图像的质量,为后续工作的顺利进行提供条件。其次,针对水下目标光源和水下其他发光或反射光的伪目标光源存在、影响真实光源特征提取和图像处理的实际难点,构建特殊形状的心形光源与伪目标光源进行区分。同时为提高边缘提取的精确性,采用组合边缘检测方法;为提高光源轮廓匹配的实时性,优化传统的粒子群算法;为提高图像处理的效率,针对水下伪光源的干扰问题,采用Blob分析和贝叶斯决策去除伪光源。从准确性、实时性和处理效率三个方面为后续位姿估计奠定基础。再次,根据坐落坞舱的UUV回收方案的实际操作要求设计单目视觉导引系统。针对4自由度相对位姿估计的要求,利用心形目标光源估计相对艏向角,利用普通光源估计纵向、横向和垂向的相对位置估计,特别是在针对实际回收过UUV运动中存在纵倾或者横倾的非理想条件,采用摄像机虚拟旋转法改进和提高相对位姿估计算法的准确性及适用性。最后,把回收目标光源的图像预处理和特征引入视觉导引软件,运用11自由度台架和直线回收目标光源系统模拟无人水下航行器的水下回收。结合实际回收任务要求和方式,组织水平面预定的路径运动试验、定深试验以及对接模拟试验,以验证本文所述方法的有效性和实用价值。