基于人工路标的室内单目视觉定位方法研究

发布时间：2021-11-11 19:36

　　随着机器人产业的发展,近几年室内服务型机器人成为国内外的重点研究对象。自定位技术是室内移动机器人首先需要解决的关键技术,由于GPS等全球定位系统无法实现室内精准定位,移动机器人需利用其他传感器获取周围环境信息,从而实现移动机器人室内精准定位。本文设计了一个基于人工路标的单目视觉定位系统,解决了单目视觉距离信息缺失的问题,在复杂的室内环境中,实现了运动视场下的移动机器人自定位,既保证了较高的定位精度,又具备了较强的操作性。首先,设计一种基于弧角信息编码的人工路标,路标结构简单便于识别,编码方式采用汉明编码,具有适当的编码容量,且编码容量具有扩展性,同时路标具有旋转不变性,对较大的视场夹角、较远的拍摄距离有较强的鲁棒性。利用路标轮廓结构进行路标检测,利用VS2013和OpenCV实现路标检测算法并进行了实验,之后对路标图像进行倾斜矫正、图像滤波增强处理以及分割,通过检测路标内弧角大小识别路标,利用Matlab实现了路标识别算法,并进行了相关的识别实验。其次,对摄像机成像模型进行分析,并利用张氏标定法进行相机标定,利用VS2013和OpenCV实现相机标定,得到了相机内参数和畸变系数。最后,... 

【文章来源】：南通大学江苏省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

带有条形码的自相似路标2010年，温丰等人设计了一种人工路标，称为MR(MobileRobot)码[24-27]

南通大学硕士学位论文但路标检测算法很复杂，计算量大，对光照和图像噪声的抗干扰能力较弱。图1-1带有条形码的自相似路标2010年，温丰等人设计了一种人工路标，称为MR(MobileRobot)码[24-27]。MR码的边缘轮廓为一个正五边形，如图1-2所示为8×8的MR码，MR码顶端的标志用来指示MR码的方向。MR码编码系统采用BCH码[28]，BCH码是一种循环码，具有一定的纠错能力。MR码编码容量较大，能承载较多的位置信息，并且MR具有方向性，对机器人导航起到一定的作用。图1-2基于MR码的人工路标2016年，GrigoriGoronzy等人设计开发了一种精确的基于QR码的定位系统（QRPos）[29]，如图1-3所示，将QR码安装在天花板上，计算要求低，使用一般的标准相机即可进行QR码的提取和解码，然后通过基于相机参数的3D姿态估计来实现机器人的自定位。此定位系统实现了适用于自平衡机器人的定位精度和鲁棒性，但路标在天花板上，摄像机易受环境光照条件的影响。文献[30]通过RGB深度传感器采集房间中不同位置的墙上附着的QR码图像，在识别QR码得到位置信息的同时，能够获取传感器到QR码的距离，从而实现定位。而对于QR码识别也有一定的局限性，QR码的识别距离有限，而且不适用于大视场夹角环境下的识别。4

南通大学硕士学位论文图1-3QR码2017年，钟旭等人设计了一种基于同心圆环的人工路标[31]，如图1-4所示。此路标由一个黑色外环、一个黑色内环和两个白色内环构成，外环用于标定路标的边界，内环用于对路标位置进行编码。在定位过程中，将路标贴在天花板上，路标结构简单，识别算法简单，识别速度快，但路标的编码容量偏小，不能承载较多的位置信息。图1-4基于同心圆环的路标2018年，李跃华等人设计了一种宫格式的人工路标[32]，如图1-5所示，路标是由一组可以编码的小方块组成的平面方形图案，外部方框可以将路标与背景隔离，内部V1-V4指示路标的方向，路标采用汉明码进行编码，C1-C4是奇偶校验位，D1-D8是数据位。在定位过程中，同样将路标贴在天花板上进行识别，路标结构简单，同时具有适量的编码容量，但路标检测易受环境影响，难以在复杂环境下进行精确检测识别。5

【参考文献】：
期刊论文
[1]交通场景中的相机标定方法研究[J]. 郑宝峰,张朝阳,张向清,张文涛.  科技风. 2018(11)
[2]基于GAN的服务机器人室內WiFi云定位系统设计与实现[J]. 栗梦媛,周风余,田天,尹磊,沈冬冬,王淑倩.  机器人. 2018(05)
[3]基于自适应无迹卡尔曼的机器人室内定位算法[J]. 洪宇,李胜,郭健,沈宏丽,许鸣吉.  计算机测量与控制. 2018(01)
[4]基于彩色空间转换与Hough变换的直线检测[J]. 刘镇岐,汤本俊,陈若珠.  计算机与数字工程. 2017(12)
[5]基于模糊聚类算法的边缘图像增强技术[J]. 王惠平,钟若武.  现代电子技术. 2017(24)
[6]基于改进Hough变换的车位线识别方法[J]. 张悦旺.  计算机工程与设计. 2017(11)
[7]智能护理 科技改变生活[J]. 周路菡.  新经济导刊. 2017(07)
[8]智能机器人现状及发展趋势[J]. 金耀青,姜永权,谭炳元.  电脑与电信. 2017(05)
[9]基于稳健最小二乘圆拟合的耐压壳体初挠度测量方法[J]. 郑智敏,孟庆旭,闵少松,刘序辰.  造船技术. 2017(01)
[10]复杂场景中的QR码检测[J]. 屈德涛,金立左.  工业控制计算机. 2017(01)

博士论文
[1]基于新一代GPS体系的表面稳健高斯滤波技术的研究[D]. 李惠芬.华中科技大学 2004

硕士论文
[1]基于人工路标的室内机器人导航方法研究与实现[D]. 黄露.中国科学技术大学 2017
[2]复杂图像中的QR码自动提取算法研究[D]. 屈德涛.东南大学 2017
[3]基于单目视觉的移动机器人室内定位方法研究[D]. 姬旭.北京邮电大学 2017
[4]图像去模糊技术及相关图像增强系统[D]. 黄明杨.北京邮电大学 2017
[5]基于离散余弦变换的高精度图像旋转插值算法[D]. 伏星.兰州大学 2016
[6]基于单目视觉的移动机器人室内定位与运动目标跟踪[D]. 鞠升辉.天津理工大学 2016
[7]基于人工路标的室内机器人自定位算法研究[D]. 李晶路.长安大学 2015
[8]基于消失点的鲁棒逆透视变换[D]. 张代明.重庆大学 2015
[9]结构化环境下单目视觉移动机器人导航的研究[D]. 张碧丛.华南理工大学 2012
[10]高速BCH编解码器的软件与硬件实现[D]. 于立波.电子科技大学 2012



本文编号：3489406