基于雙目視覺的移動(dòng)機(jī)器人避障研究

摘要：為了實(shí)現(xiàn)Pioneer3—T輪式移動(dòng)機(jī)器人避障的目的，設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)機(jī)器人避障的系統(tǒng)方案。該方案采用一種快速融合圖像分割和立體視覺的障礙物定位方法，即利用經(jīng)典圖像處理把障礙物從背景中分割出來，同時(shí)提取其輪廓信息進(jìn)行立體匹配，之后結(jié)合攝像頭標(biāo)定結(jié)果，實(shí)現(xiàn)空間點(diǎn)的三維重建。采用雙目視覺和聲納傳感器相配合來獲得周圍障礙物的信息，最終根據(jù)模糊控制原理設(shè)計(jì)了避障規(guī)則和避障控制器。通過實(shí)際的躲避障礙物實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人成功躲避障礙物的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該系統(tǒng)的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：圖像分割；立體匹配；三維重建；避障

中圖分類號：TN911—34；TP242.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1004373X（2012）18008903

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，同時(shí)對人類生產(chǎn)和生活都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航技術(shù)更是這個(gè)領(lǐng)域中的一個(gè)活躍分支和研究熱點(diǎn)，它是一個(gè)多學(xué)科交叉的綜合性課題，涉及機(jī)器視覺[1]、視覺測距[2—3]、立體圖像匹配[4]、地圖重構(gòu)[5]、視頻跟蹤[6]、路線選擇[7]、自動(dòng)控制[8—9]等多方面的技術(shù)。視覺作為機(jī)器人獲取周圍環(huán)境信息的重要手段，以信息量大為特點(diǎn)，對移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航具有重要的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。相對于其他的主動(dòng)測量方式，立體視覺隱蔽性好，得到的信息快速、準(zhǔn)確，常用來檢測可疑障礙物的高度和距離[9]。但是針對立體視覺算法復(fù)雜，計(jì)算耗時(shí)，機(jī)器人視覺系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性還不夠，在實(shí)際應(yīng)用中還存在諸多問題。在高適應(yīng)性移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)中，避障是基本功能，也成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的關(guān)鍵和難點(diǎn)[10]，而根據(jù)周圍環(huán)境信息，快速檢測障礙物并回避更是移動(dòng)機(jī)器人視覺導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1雙目視覺基本原理

1.1攝像機(jī)模型

三維空間上每一點(diǎn)在圖像平面上的位置與其空間位置相對應(yīng)。圖像坐標(biāo)和世界坐標(biāo)之間的關(guān)系由攝像機(jī)數(shù)學(xué)模型決定。雙目視覺中單個(gè)攝像機(jī)的成像采用針孔攝像機(jī)數(shù)學(xué)模型來描述，即任一點(diǎn)Q在圖像中的投影位置q為光心與點(diǎn)Q的連線與圖像平面的交點(diǎn)。