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具有视觉的地面移动机器人从很早开始就得到了广泛的研究。在军事上,地面移动机器人可以在危险地带代替人类完成侦察、排雷等任务;在民用方面,不仅可以作为自动或辅助驾驶系统来减少交通事故,还可以作为智能轮椅帮助残疾人士等等;在科学研究方面,地面移动机器人可以在外星球从事勘探和采矿等工作。地面环境基本可以分成室内和室外两类,这两类环境非常不同,室内环境一般比较狭窄,光照、景物等外部环境都比较恒定;室外环境一般比较开阔,光照、景物等外部环境随时间、天气、季节、地理位置等变化比较大,因此室外移动机器人一般需要比室内移动机器人具有更多智能,而这取决于机器人能否在户外获得足够充分的视觉信息。
本文以一种轮式自主移动机器人为对象,经过适当的改造,研究多目视觉系统的路面障碍物检测与定位,分为四个部分:
1.首先对机器人技术、自主移动机器人研究领域的发展、移动机器人视觉系统的研究现状作了简要的概述。
2.介绍了自行设计的自主移动机器人的体系结构和硬件组成,以及视觉系统的构成和各个子系统的功能,利用图像采集卡提供的接口函数完成了图像的实时采集,并给出了双目和全景两视觉系统的共同工作机制。
3.前向双目视觉系统的功能和实现。这是本文研究的重点,分两章介绍:
第一部分研究了运用活动轮廓模型提取路面上的可疑障碍物。首先在HSI彩色空间做阈值分割提取道路区域,然后在道路区域内运用区域增长法提取障碍物的初始轮廓,再运用改进的快速窄带算法提取障碍物的精确轮廓。此方法提高了活动轮廓模型分割图像的准确性和速度。通过仿真实验验证了其可行性。
第二部分研究了基于障碍物几何特征的双目立体匹配。结合障碍物的形态学方面的关系,提出一种结合障碍物外部几何特征的权重系数匹配算法,对障碍物的面积、周长、形心坐标设置权系数,通过实验确定权系数值,将左右提取出来的可疑障碍物区域进行匹配,根据数学关系计算可疑障碍物区域的高度和距离,实现真假障碍物识别和定位功能。
4.介绍全景视觉系统的障碍物检测与目标定位。全景视觉系统为辅助的视觉系统,在机器人避障时提供全景支持,提出了一种快速有效的全景深度分段系数计算方法和与前向视觉匹配的方法。