本技術涉及水下導航與定位，具體而言，涉及一種水下航行器定位方法、裝置、系統及水下航行器。
背景技術：
1、auv（autonomous?underwater?vehicle，自主水下航行器）在執行水下對接、目標回收及近距離協同作業時，普遍依賴光學導引系統提供高精度的相對位姿信息。相關技術中的傳統方案采用基于幀率的cmos或ccd相機采集圖像，通過提取目標表面的特征點（如led標記、結構光圖案等），結合pnp算法解算auv與目標平臺之間的六自由度位姿。為提升識別魯棒性，常在對接目標上部署持續發光或低頻閃爍的led陣列作為主動導引源，并通過圖像處理技術（如閾值分割、形態學濾波）提取特征區域。
2、然而，水下環境對光具有強吸收與散射特性，懸浮顆粒引發的背向散射嚴重降低圖像對比度，致使特征提取困難；同時，水面波浪折射形成的動態焦散光斑會在目標表面產生瞬時、非均勻的高亮區域，導致傳統相機局部過曝，目標細節丟失。此外，幀相機以固定頻率整幀采樣，在auv受涌浪干擾或快速機動時，曝光期間的運動造成圖像嚴重模糊，特征點定位失準，pnp解算失敗率顯著上升；其有限的動態范圍亦難以兼顧強光導引燈與暗色背景共存的場景，進一步加劇中心偏移。更關鍵的是，傳統圖像處理流程依賴幀同步，存在固有延遲（通常數十毫秒），在高速閉環控制中導致指令滯后，增加碰撞風險。同時，auv攝像機通常封裝于壓力容器內，光線需依次穿過水、玻璃視窗與空氣腔，因折射率差異引發非線性折射畸變，若仍沿用空氣中的針孔相機模型進行投影計算，將嚴重危害定位精度。
3、綜上所述，在相關技術中，傳統幀相機因固有的幀率采樣機制、有限動態范圍與固定延遲，難以適應水下高動態、強干擾、多介質折射的復雜環境，導致視覺定位系統在高速運動、光照劇烈變化和光學畸變條件下表現不穩定，定位精度斷崖式下降，嚴重制約auv在高精度對接與回收任務中的可靠性與安全性。
4、針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現思路
1、本技術實施例提供了一種水下航行器定位方法、裝置、系統及水下航行器，以至少解決相關技術中水下動態干擾環境下傳統幀相機因運動模糊、光照過曝和光學折射畸變導致視覺定位精度低的技術問題。
2、根據本技術實施例的一個方面，提供了一種水下航行器定位方法，包括：獲取事件相機采集的目標事件流，其中，事件相機設置于水下航行器上，目標事件流用于表征不同像素位置的亮度極性變化事件的信息；依據目標事件流，確定事件觸發頻率符合目標頻率的事件點云，并依據事件點云對應的像素坐標，確定亞像素級中心坐標，其中，目標頻率為水下航行器對應的對接目標上所設置的導引光源的閃爍頻率，亞像素級中心坐標與導引光源一一對應；通過對亞像素級中心坐標進行折射畸變修正處理，將亞像素級中心坐標映射為三維視線向量，其中，折射畸變修正處理用于補償光線經由不同介質傳播時因折射率差異而引起的幾何畸變，三維視線向量用于表征從事件相機光心指向水下導引光源的經折射修正后的方向向量；依據三維視線向量、以及對接目標上導引光源對應的預設空間坐標，確定水下航行器的目標位姿。
3、可選地，獲取事件相機采集的目標事件流包括：獲取事件相機采集的原始事件流，其中，原始事件流中包含多個亮度極性變化事件、以及亮度極性變化事件對應的時間戳、像素位置和亮度極性狀態；對于原始事件流中的每一個亮度極性變化事件，確定亮度極性變化事件對應的第一像素位置和第一時間戳，并統計原始事件流中第一像素位置的預設空間鄰域范圍內和第一時間戳的預設時間窗口長度內的亮度極性變化事件的事件數量；在事件數量小于預設事件數量閾值的情況下，將當前亮度極性變化事件判定為噪聲事件，并將噪聲事件從原始事件流濾除，從而得到目標事件流。
4、可選地，依據目標事件流，確定事件觸發頻率符合目標頻率的事件點云包括：針對目標事件流中的每個像素位置，建立像素位置對應的事件時間序列，其中，在事件時間序列中，像素位置所產生的一系列亮度極性變化事件按照時間戳順序排列；確定事件時間序列中相鄰事件之間的時間間隔，并采用頻率帶通濾波器，判斷時間間隔是否滿足目標頻率所對應的頻率約束，其中，頻率帶通濾波器用于以目標頻率為中心頻率，以預設帶寬為通帶范圍，篩選與導引光源閃爍頻率一致的亮度極性變化事件，頻率約束用于表征相鄰事件時間間隔對應的瞬時頻率與目標頻率之差在預設容差范圍內；統計每個像素位置上時間間隔滿足頻率約束的事件的比例，并依據比例，確定像素位置對應的信號顯著度參數，其中，信號顯著度參數用于表征像素位置的事件觸發頻率與導引光源閃爍頻率的符合程度；依據信號顯著度參數大于目標顯著度閾值的像素位置的事件，生成事件點云，其中，目標顯著度閾值依據水下環境渾濁程度確定。
5、可選地，依據事件點云對應的像素坐標，確定亞像素級中心坐標包括：對事件點云進行空間聚類，得到多個事件簇，其中，每個事件簇對應一個導引光源；對每個事件簇進行有效性校驗，在事件簇內包含的事件數量小于最小數量閾值的情況下，判定事件簇為無效簇，并將無效簇刪除；對于每一個有效的事件簇，計算事件簇內包含的各亮度極性變化事件對應的像素位置的平均值，得到事件簇對應的亞像素級中心坐標。
6、可選地，通過對亞像素級中心坐標進行折射畸變修正處理，將亞像素級中心坐標映射為三維視線向量包括：利用事件相機的相機內參矩陣，將亞像素級中心坐標轉換為相機坐標系下的單位視線向量；確定空氣介質與玻璃介質之間的第一折射率比值，以及玻璃介質與當前水下環境中水介質之間的第二折射率比值，并依據第一折射率比值和第二折射率比值，建立目標映射函數，其中，目標映射函數用于表征光線經由水-玻璃-空氣多層介質傳播時方向向量的變換關系；依據目標映射函數，對單位視線向量進行轉換，得到亞像素級中心坐標對應的三維視線向量。
7、可選地，依據三維視線向量、以及對接目標上導引光源對應的預設空間坐標，確定水下航行器的目標位姿包括：確定對接目標上設置的導引光源的預設空間坐標，并依據預設空間坐標和三維視線向量，建立重投影誤差方程，其中，重投影誤差方程用于表征觀測得到的三維視線向量與根據當前位姿估計值重投影得到的視線向量之間的偏差關系；通過最小化三維視線向量與重投影向量之間的夾角殘差，求解重投影誤差方程，得到水下航行器的目標位姿，其中，目標位姿包括以下信息：水下航行器相對于對接目標的旋轉矩陣和平移向量。
8、可選地，方法還包括：確定水下航行器在當前時刻對應的狀態向量和慣性測量數據，其中，狀態向量用于表征水下航行器的導航狀態參數及傳感器誤差補償參數，慣性測量數據為水下航行器上搭載的慣性測量單元所采集的運動狀態微分信息；利用擴展卡爾曼濾波算法，依據當前時刻對應的狀態向量和慣性測量數據，預測下一時刻水下航行器對應的位姿預測值；在事件相機觀測到的亞像素級中心坐標發生更新的情況下，確定新觀測到的亞像素級中心坐標與預測像素坐標之間的殘差，并依據殘差對位姿預測值進行修正，得到更新后的位姿估計，其中，預測像素坐標為位姿預測值通過折射畸變修正處理后映射至事件相機圖像平面上的坐標。
9、根據本技術實施例的另一個方面，還提供了一種水下航行器定位裝置，包括：事件流獲取模塊，用于獲取事件相機采集的目標事件流，其中，事件相機設置于水下航行器上，目標事件流用于表征不同像素位置的亮度極性變化事件的信息；導引特征提取模塊，用于依據目標事件流，確定事件觸發頻率符合目標頻率的事件點云，并依據事件點云對應的像素坐標，確定亞像素級中心坐標，其中，目標頻率為水下航行器對應的對接目標上所設置的導引光源的閃爍頻率，亞像素級中心坐標與導引光源一一對應；折射畸變修正模塊，用于通過對亞像素級中心坐標進行折射畸變修正處理，將亞像素級中心坐標映射為三維視線向量，其中，折射畸變修正處理用于補償光線經由不同介質傳播時因折射率差異而引起的幾何畸變，三維視線向量用于表征從事件相機光心指向水下導引光源的經折射修正后的方向向量；目標位姿確定模塊，用于依據三維視線向量、以及對接目標上導引光源對應的預設空間坐標，確定水下航行器的目標位姿。
10、根據本技術實施例的又一個方面，還提供了一種水下航行器定位系統，包括：設置有事件相機的水下航行器、以及與水下航行器對應的對接目標，其中，對接目標上設置有多個導引光源，導引光源按照目標頻率閃爍發光；水下航行器，用于通過事件相機采集的目標事件流，其中，目標事件流用于表征不同像素位置的亮度極性變化事件的信息；依據目標事件流，確定事件觸發頻率符合目標頻率的事件點云，并依據事件點云對應的像素坐標，確定亞像素級中心坐標，其中，亞像素級中心坐標與導引光源一一對應；通過對亞像素級中心坐標進行折射畸變修正處理，將亞像素級中心坐標映射為三維視線向量，其中，折射畸變修正處理用于補償光線經由不同介質傳播時因折射率差異而引起的幾何畸變，三維視線向量用于表征從事件相機光心指向水下導引光源的經折射修正后的方向向量；依據三維視線向量、以及對接目標上導引光源對應的預設空間坐標，確定水下航行器的目標位姿。
11、根據本技術實施例的再一方面，還提供了一種水下航行器，包括：存儲器和處理器，處理器用于運行存儲在存儲器中的程序，其中，程序運行時執行水下航行器定位方法。
12、根據本技術實施例的再一方面，還提供了一種非易失性存儲介質，非易失性存儲介質包括存儲的計算機程序，其中，非易失性存儲介質所在設備通過運行計算機程序執行水下航行器定位方法。
13、根據本技術實施例的再一方面，還提供了一種計算機程序產品，包括計算機程序，計算機程序被處理器執行時實現水下航行器定位方法的步驟。
14、在本技術實施例中，采用獲取事件相機采集的目標事件流，其中，事件相機設置于水下航行器上，目標事件流用于表征不同像素位置的亮度極性變化事件的信息；依據目標事件流，確定事件觸發頻率符合目標頻率的事件點云，并依據事件點云對應的像素坐標，確定亞像素級中心坐標，其中，目標頻率為水下航行器對應的對接目標上所設置的導引光源的閃爍頻率，亞像素級中心坐標與導引光源一一對應；通過對亞像素級中心坐標進行折射畸變修正處理，將亞像素級中心坐標映射為三維視線向量，其中，折射畸變修正處理用于補償光線經由不同介質傳播時因折射率差異而引起的幾何畸變，三維視線向量用于表征從事件相機光心指向水下導引光源的經折射修正后的方向向量；依據三維視線向量、以及對接目標上導引光源對應的預設空間坐標，確定水下航行器的目標位姿的方式，通過引入具有高時間分辨率和超高動態范圍特性的事件相機，結合針對水下浮游生物噪聲的時空濾波算法與多介質折射修正模型，實現對特定頻率閃爍導引源的高頻、高精度特征提取，從而為auv在近距離對接或回收任務中提供一種具備極低時延、抗環境光干擾且能有效補償光學畸變的高可靠異步視覺定位方案，確保auv在高速相對運動及極端光照條件下的閉環控制安全與定位精度，進而解決了相關技術中水下動態干擾環境下傳統幀相機因運動模糊、光照過曝和光學折射畸變導致視覺定位精度低的技術問題。