基于双目立体视觉移动机器人环境重构研究
发布时间：2022-01-15 02:57
移动机器人智能化程度的高低不仅是国家科研能力的体现,更是国家综合国力的体现。移动机器人可以通过双目视觉系统对外界环境进行有效的感知,通过感知信息进行三维重构及路径规划是移动机器人实现自主行进的前提。本文主要研究内容是在FESTO机器人实验平台进行双目立体视觉系统研究,通过双目视觉系统获取移动机器人运动环境信息进行三维重构,为后期路径规划提供基础环境信息。双目立体视觉系统进行三维重构的关键部分是立体匹配,立体匹配准确率的高低直接影响三维重构最终结果。现存的立体匹配算法中,依据最优化理论方法可将其分为局部立体匹配算法和全局立体匹配算法。与局部立体匹配算法相比,全局立体匹配算法的匹配精度较高,因此本文采用全局立体匹配。全局立体匹配算法尽管在全局匹配精度高,但是对于图像中局部弱纹理区域匹配效果一般,同时考虑到项目中移动机器人所处的不同环境,必须考虑算法对光照变化的敏感性,因此本文在选择匹配算法时必须考虑光敏感性及图像弱纹理区域信息的保护性。本文首先通过张正友标定法分别对单目相机,双目系统进行标定获取相机的内、外参数,为后期立体匹配、三维重构提供数据。研究立体匹配算法时发现图像弱纹理区域信息匹配...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导览机器人示意图
定的视觉偏差（相机的位置不同），通过立体匹配得到它们相应的视差图。在图像中可能存在着均匀区域从而很难找到任何特征来区分它们，或者左右图像中存在着遮挡区域，在这一区域寻找对应特征点或进行无歧义匹配难度是非常大的。在机器视觉领域，学者们根据实际情况提出了各种立体匹配方法[9-11]，它们根据不同的应用环境制定出不同的约束条件，由于约束条件的不同所以它们的使用范围也大不相同，因而得到的匹配结果也截然不同。立体匹配方法根据匹配基元不同大致可以分为：基于区域匹配、基于特征匹配、基于相位匹配。基于区域匹配可以有效的利用所有图像信息，进而最大限度的恢复出场景的细节特征。由于自然环境存在多样性且从不同的视角观察使其视点不同，进而在实验中很难处理特征点的有匹配、无匹配和多匹配问题；基于特征匹配的优势在于找到特征点数量少、特征性强、匹配速度很快并且得到的匹配结果稳定可靠。但是在进行环境重构时丢失的纹理信息较多，需要进行插值，插值过程复杂；基于相位匹配的优点是可以充分利用多尺度分辨率思想，对畸变与噪声具有较强的抑制能力。但是易出现相位奇点、相位转绕等问题。除了以上提出的问题之外，我们也需对算法的鲁棒性、复杂性以及实时性进行深入研究与探讨。
图 1.4 勇气号火星车与 Boston Dynamic 小狗机器人国 Rouen 大学 A.Bensrhair 等人对视觉系统进行了大量研究，最终于视觉系统的车辆检测的新方法[20]，该算法只是简单的提取车辆垂状特征来对行进的车辆进行检测，然而该算法缺少对周围场景进行力。对比传统车辆检测方法，基于视觉系统检测方式更加可靠，同距离更加精确。国初创公司在 2017 年依据双目立体视觉原理自主研制出名为 Flipp机器人。Flippy 全身配置了多种传感器，不仅能够自主识别汉堡的且可以根据汉堡烧烤的程度决定是否取出。采用 Flippy 进行烹饪工避免烫伤等事件发生，而且可以提高烹饪效率。该公司还在对该款级，进而达到人工智能的目的。.Shibabta 等人采用高速相机搭载双目视觉系统，该系统主要研究是跟踪高速移动的目标。 国内研究现状星 863 计划中的“人体三维尺寸的非接触测量”[21]是根据“双视点
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目立体视觉的工业机器人在线温度补偿[J]. 邾继贵,张楠楠,任永杰,尹仕斌,郭寅,郭思阳. 光学精密工程. 2018(09)
[2]立体匹配算法研究综述[J]. 曾文献,郭兆坤. 河北省科学院学报. 2018(02)
[3]基于结构特征的全局立体匹配算法[J]. 刘玉森,汪涛. 信息技术. 2017(01)
[4]最小二乘法在张正友标定法中的应用[J]. 李涛涛,何宇. 信息与电脑(理论版). 2015(23)
[5]基于立体匹配技术的数字全息三维形貌重构[J]. 张赞赞,王辉,吴琼,李志光. 激光与光电子学进展. 2014(11)
[6]基于张正友平面模板法的双目立体视觉系统标定[J]. 岳晓峰,祁欢. 机械工程师. 2014(02)
[7]基于改进Census变换的立体匹配算法[J]. 雷磊,郑江滨,宋雪梅. 计算机应用研究. 2013(10)
[8]桶形畸变图像的一种校正方法[J]. 刘亚强,陈文艺. 西安邮电学院学报. 2012(02)
[9]带切向畸变的模型可视化摄像机标定[J]. 华希俊,夏乐春,高福学,薛城. 工程图学学报. 2009(03)
[10]基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法[J]. 朱清溢,苏显渝,肖焱山,向立群. 激光技术. 2006(04)
硕士论文
[1]基于路径规划及避障的自主导览互动讲解机器人研制[D]. 马庆乐.兰州理工大学 2017
本文编号：3589760
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
导览机器人示意图
定的视觉偏差（相机的位置不同），通过立体匹配得到它们相应的视差图。在图像中可能存在着均匀区域从而很难找到任何特征来区分它们，或者左右图像中存在着遮挡区域，在这一区域寻找对应特征点或进行无歧义匹配难度是非常大的。在机器视觉领域，学者们根据实际情况提出了各种立体匹配方法[9-11]，它们根据不同的应用环境制定出不同的约束条件，由于约束条件的不同所以它们的使用范围也大不相同，因而得到的匹配结果也截然不同。立体匹配方法根据匹配基元不同大致可以分为：基于区域匹配、基于特征匹配、基于相位匹配。基于区域匹配可以有效的利用所有图像信息，进而最大限度的恢复出场景的细节特征。由于自然环境存在多样性且从不同的视角观察使其视点不同，进而在实验中很难处理特征点的有匹配、无匹配和多匹配问题；基于特征匹配的优势在于找到特征点数量少、特征性强、匹配速度很快并且得到的匹配结果稳定可靠。但是在进行环境重构时丢失的纹理信息较多，需要进行插值，插值过程复杂；基于相位匹配的优点是可以充分利用多尺度分辨率思想，对畸变与噪声具有较强的抑制能力。但是易出现相位奇点、相位转绕等问题。除了以上提出的问题之外，我们也需对算法的鲁棒性、复杂性以及实时性进行深入研究与探讨。
图 1.4 勇气号火星车与 Boston Dynamic 小狗机器人国 Rouen 大学 A.Bensrhair 等人对视觉系统进行了大量研究，最终于视觉系统的车辆检测的新方法[20]，该算法只是简单的提取车辆垂状特征来对行进的车辆进行检测，然而该算法缺少对周围场景进行力。对比传统车辆检测方法，基于视觉系统检测方式更加可靠，同距离更加精确。国初创公司在 2017 年依据双目立体视觉原理自主研制出名为 Flipp机器人。Flippy 全身配置了多种传感器，不仅能够自主识别汉堡的且可以根据汉堡烧烤的程度决定是否取出。采用 Flippy 进行烹饪工避免烫伤等事件发生，而且可以提高烹饪效率。该公司还在对该款级，进而达到人工智能的目的。.Shibabta 等人采用高速相机搭载双目视觉系统，该系统主要研究是跟踪高速移动的目标。 国内研究现状星 863 计划中的“人体三维尺寸的非接触测量”[21]是根据“双视点
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目立体视觉的工业机器人在线温度补偿[J]. 邾继贵,张楠楠,任永杰,尹仕斌,郭寅,郭思阳. 光学精密工程. 2018(09)
[2]立体匹配算法研究综述[J]. 曾文献,郭兆坤. 河北省科学院学报. 2018(02)
[3]基于结构特征的全局立体匹配算法[J]. 刘玉森,汪涛. 信息技术. 2017(01)
[4]最小二乘法在张正友标定法中的应用[J]. 李涛涛,何宇. 信息与电脑(理论版). 2015(23)
[5]基于立体匹配技术的数字全息三维形貌重构[J]. 张赞赞,王辉,吴琼,李志光. 激光与光电子学进展. 2014(11)
[6]基于张正友平面模板法的双目立体视觉系统标定[J]. 岳晓峰,祁欢. 机械工程师. 2014(02)
[7]基于改进Census变换的立体匹配算法[J]. 雷磊,郑江滨,宋雪梅. 计算机应用研究. 2013(10)
[8]桶形畸变图像的一种校正方法[J]. 刘亚强,陈文艺. 西安邮电学院学报. 2012(02)
[9]带切向畸变的模型可视化摄像机标定[J]. 华希俊,夏乐春,高福学,薛城. 工程图学学报. 2009(03)
[10]基于最大色差彩色组合编码的三维面形测量方法[J]. 朱清溢,苏显渝,肖焱山,向立群. 激光技术. 2006(04)
硕士论文
[1]基于路径规划及避障的自主导览互动讲解机器人研制[D]. 马庆乐.兰州理工大学 2017
本文编号：3589760
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