自主導航潛水無人機靠色彩偵測避障：Raspberry Pi 搭配 HSV 視覺演算法實現水下自動駕駛

水下自主載具的挑戰與突破

在各類自主載具中，空中無人機與地面探測車已相當常見，但自主潛水艇的 DIY 專案卻相對罕見，主要原因在於水下環境帶來的技術複雜度遠高於陸地與空中。然而，水下載具恰恰是最能受益於自主導航功能的平台——因為一旦潛入水中，通訊便極為困難。創客 [Ayman] 近期便打造了一款令人印象深刻的自主潛水無人機，運用基礎但實用的技術實現水下自主巡航。

機身結構與硬體配置

這款潛水無人機採用 DIY 潛水艇常見的建造方式，以透明壓克力管作為機身主體，並透過精密密封設計防止進水，其中一項巧妙的設計是螺旋槳採用磁力耦合方式傳動，有效避免軸封漏水問題。

機身內部搭載以下核心元件：

• Raspberry Pi 4：作為主要運算核心
• Arducam IMX708 廣角鏡頭：提供水下視覺影像
• BNO085 慣性測量單元（IMU）：追蹤姿態與運動狀態
• 兩顆 BMP280 壓力感測器：監測潛水深度與系統狀態
• DRV8833 馬達驅動器：控制主推進馬達

此外，還配備一組 ESP32 微控制器，負責馬達與伺服機的轉向控制，以及壓載系統的管理。

創意壓載系統與通訊方案

潛水無人機的浮沉控制是一大技術難題。Ayman 巧妙地利用兩組以 5 mL 注射器改造的壓載艙，搭配高扭力齒輪馬達驅動注射器活塞進出，實現精確的浮力調節。這種設計簡單卻有效，充分展現 DIY 精神。

在通訊方面，由於水下無線電訊號傳輸極為困難，該專案採用天線浮標方案——當潛水艇在一定深度範圍內時，透過浮在水面的天線浮標維持與地面的通訊連結。

HSV 色彩偵測實現自主避障

這款潛水無人機最引人注目的功能是其自主導航程式。Ayman 開發了一套物體迴避演算法，透過 Raspberry Pi 的攝影鏡頭進行即時影像分析。

程式採用 HSV（色相-飽和度-明度）色彩空間來追蹤特定顏色的物體並加以迴避，而非使用常見的 RGB 色彩模式。HSV 的優勢在於能夠以近乎不受亮度變化影響的方式追蹤色彩，這對於水下光線條件多變的環境尤其重要，使避障判斷更加穩定可靠。

開源水下載具的啟發

雖然類似的 DIY 潛水艇專案過去已有先例，但看到透明機身的潛水無人機優雅地滑行於水中，仍然令人聯想到 2017 年榮獲 Hackaday Prize 大獎的經典開源水下滑翔機專案。這類創客作品持續推動著水下自主載具技術的普及與創新。

---

原文來源： 查看原文