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文檔簡(jiǎn)介

1、機(jī)器人視覺定位機(jī)器人定位是機(jī)器人研究與應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要課題,是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能化的前提。移動(dòng)機(jī)器人視覺定位技術(shù)是通過移動(dòng)機(jī)器人攝像頭獲取周圍景物的圖像,將圖像通過圖像處理的方法得到清晰的圖像,并利用圖像中的一些自然或人造的特征得到移動(dòng)機(jī)器人與目標(biāo)物體的相對(duì)位置,從而確定工作環(huán)境中移動(dòng)機(jī)器人位置及姿態(tài)。這些自然或人造的有明顯特征的景物稱為路標(biāo),它很容易被移動(dòng)機(jī)器人識(shí)別。路標(biāo)可以分為兩類:人工路標(biāo)和自然路標(biāo)。人工路標(biāo)是在機(jī)器人工作環(huán)境中人為放置物體和標(biāo)識(shí)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位。自然路標(biāo)是機(jī)器人的工作環(huán)境中固有的物體或自然特征。根據(jù)攝像機(jī)的數(shù)目,視覺定位可以分為單目視覺定位、雙目視覺定位和多目視覺定位。多

2、目視覺可以觀察到更為豐富的目標(biāo)信息,但是視覺控制器模型的設(shè)計(jì)較復(fù)雜,需要多幅圖像進(jìn)行匹配,且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。雙目視覺通過兩個(gè)不同方向的攝像頭觀察目標(biāo)物體,利用三角測(cè)量原理計(jì)算圖像像素間坐標(biāo)差異,得到目標(biāo)物體的三維信息。在雙目視覺中,最困難的部分是解決立體視覺中的兩相機(jī)間的最優(yōu)距離和特征點(diǎn)的匹配問題,由于景物重復(fù)特征易產(chǎn)生假匹配,在攝像機(jī)基線距離增大時(shí),遮擋嚴(yán)重,減少了重建的空間點(diǎn)。單目視覺的定位方法簡(jiǎn)單易用,實(shí)時(shí)性強(qiáng),并且適用范圍廣。視覺是人類獲得外界信息的主要途徑之一一,機(jī)器人視覺是使機(jī)器人具有視覺感知的功能,通過視覺傳感器獲取目標(biāo)物體的二值圖像,利用圖像處理的算法進(jìn)行分析,使機(jī)器人識(shí)別目標(biāo)物

3、體并確定其位置。數(shù)字圖像處理是移動(dòng)機(jī)器人視覺定位的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)字圖像處理又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理,它是使用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的目標(biāo)圖像進(jìn)行預(yù)處理,改善圖像的質(zhì)量及性噪比,并實(shí)現(xiàn)圖像的識(shí)別和定位。數(shù)字圖像系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)組成,軟件系統(tǒng)是基于數(shù)字圖像處理的理論和算法而設(shè)計(jì)的一系列程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的基本操作。它可以分為以下幾個(gè)方面:圖像信息的獲取、采集、處理和輸出。圖像處理主要包括8個(gè)步驟。幾何處理主要包括圖像坐標(biāo)變換及圖像的畸形校正等。算術(shù)處理主要針對(duì)圖像的像素進(jìn)行的加減乘除運(yùn)算。圖像增強(qiáng)突出圖像中的有用信息,同時(shí)減弱或去除無用信息,以改善圖像的質(zhì)量,加強(qiáng)圖像的識(shí)別功能,滿足某些特殊分析的需要。圖

4、像復(fù)原根據(jù)退化過程的先驗(yàn)知識(shí),恢復(fù)已被退化圖像的原來面目。圖像編碼根據(jù)圖像的統(tǒng)計(jì)特性和人類的視覺特性,降低圖像相關(guān)性,消除冗余信息,使用較少比特?cái)?shù)表示圖像或圖像中所包含信息的技術(shù),其研究與圖像數(shù)據(jù)壓縮相關(guān)。圖像分割根據(jù)圖像的特征,將圖像劃分為互不重疊的區(qū)域,以便快速準(zhǔn)確的提取出有用的信息,實(shí)現(xiàn)圖像分析和識(shí)別功能。圖像模式識(shí)別是研究圖像處理中技術(shù)的新興方向,在圖像分割的基礎(chǔ)上進(jìn)行特征提取,并識(shí)別圖像的內(nèi)容。圖像的分析和理解圖像處理的最后步驟,根據(jù)數(shù)學(xué)模型和圖像處理的算法進(jìn)行推理,從而實(shí)現(xiàn)圖像的分析。圖像處理技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)對(duì)安裝在機(jī)器人頭部的攝像機(jī)輸入的二位連續(xù)圖像進(jìn)行處理和識(shí)別,確定物體的位置

5、、方向、屬性以及其他狀態(tài)等。在移動(dòng)機(jī)器人視覺定位中,需要使用圖像處理技術(shù),得到需要的圖像信息。為了提高提高機(jī)器人的視覺定位準(zhǔn)確度,增強(qiáng)機(jī)器人的識(shí)別能力,需要對(duì)原始圖像中的噪聲、畸變給與去除和修正。這種突出有用信息、抑制無用信息和提高輸出圖像質(zhì)量的處理技術(shù)被為圖像的預(yù)處理。對(duì)采集到的彩色圖像首先要進(jìn)行灰度變換,彩色圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶葓D像后,可以對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行各種處理,消除圖像中的噪聲成分叫作圖像的平滑或?yàn)V波,本文主要介紹了中值濾波這種常用算法。圖像預(yù)處理為下一步的圖像分析做準(zhǔn)備。移動(dòng)機(jī)器人視覺定位是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能的基礎(chǔ),是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是一個(gè)備受關(guān)注、富有挑戰(zhàn)性的重要研究課題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,在生產(chǎn)、生活、工業(yè)和醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,各國也著力于移動(dòng)機(jī)器人的研究。移動(dòng)機(jī)器人定位利用各種傳感器為機(jī)器人提供實(shí)時(shí)周圍環(huán)境信息和地圖知識(shí),并根據(jù)這些環(huán)境信息與地圖知識(shí)確定機(jī)器人本身的位姿。目視利用視覺系統(tǒng)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行感知并實(shí)現(xiàn)定位的視覺定位是機(jī)器人定位方法中的一種常用方法,移動(dòng)過程中的機(jī)器人通過攝像頭提供視覺系統(tǒng),獲取周圍景物中可以作為路標(biāo)的信息,處理這些帶有路標(biāo)的圖像,提取圖像特征,并將其反應(yīng)到實(shí)際坐標(biāo)的地面中,對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中拍攝的實(shí)際圖像進(jìn)行匹配,根據(jù)特征點(diǎn)的位移關(guān)系,結(jié)合自身信息,計(jì)算機(jī)器人在X和

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