用于智能机器人导航系统的彩色图像处理关键技术研究

摘要

在智能移动机器人导航技术中，机器视觉技术为其核心关键技术之一，而基于颜色的目标识别技术则是机器视觉研究中的重要内容。因此开展彩色目标识别在移动机器人中的导航应用研究具有重要的理论意义和潜在的应用价值。本文对彩色目标识别中的摄像机标定技术、色彩分割技术、目标识别技术进行了系统研究，在此基础上提出了一种HSI颜色空间下的快速彩色图像分割算法并解决了彩色路标的自动识别问题，通过在Pioneer 3-DX智能移动机器人平台上的试验证明这个基于彩色图像识别技术的系统能够有效成功应用在智能机器人导航系统中，实现对彩色路标的实时稳定的识别和导航。本论文的主要研究工作如下： 1．在理论分析摄像机成像模型和镜头畸变模型的基础上，分析了利用摄像机成像模型中坐标旋转矩阵的正交特性推导内部参数求解方程从而完成标定过程的技术，给出了利用黑白方格标定摄像机内部参数的自标定方法，实验结果表明了该方法的有效性。 2．对试验环境内不同的颜色空间下路标的描述特性进行了比较，在对已有基于颜色的分割算法进行研究的基础上，提出了一种快速颜色分割算法。在完成颜色分割后，对目标识别的技术进行了探讨，并提出了人工路标的识别方法。 3．在理论研究的基础上，以Pioneer 3-DX智能机器人为核心构建视觉导航系统平台，开发了基于视觉的智能机器人导航系统，通过试验证明，该系统能够实现对彩色路标的实时稳定的识别与导航。 通过本文的研究，认为基于模板的自标定技术、HSI空间快速颜色分割以及人工路标的识别技术能够有效应用在智能机器人路标识别与导航系统中，实现机器人对彩色路标的实时稳定识别与导航。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.1.1智能机器人导航技术

1.1.2机器视觉

1.1.3彩色图像分割与目标识别

1.2国内外研究现状

1.3课题来源及主要工作

1.4本章小结

第二章摄像机标定

2.1摄像机成像原理

2.1.1摄像机成像坐标系

2.1.2摄像机成像模型

2.1.3摄像机的畸变模型

2.2摄像机标定技术

2.3 VC-C50i单目摄像机的标定

2.4 Canny算子及其在摄像机标定中的应用

2.5本章小结

第三章彩色图像分割与目标识别

3.1颜色空间模型

3.1.1 RGB颜色模型

3.1.2 HSI颜色模型

3.1.3 YUV颜色模型

3.2彩色图像分割

3.3 HSI颜色空间快速颜色聚类图像分割

3.4基于单摄像头的目标识别

3.5本章小结

第四章基于视觉的移动机器人导航

4.1 Pioneer移动机器人系统简介

4.1.1移动机器人硬件特性——Client/Server结构

4.1.2移动机器人软件特性——Saphira/Aria系统结构

4.1.3移动机器人视觉平台

4.1.4基于网络的交互式控制平台

4.2智能机器人视觉重定位

4.3移动机器人视觉导航试验

4.3.1路标对准

4.3.2实验室内移动机器人视觉导航

4.4试验结果分析

4.5本章小结

第五章全文总结和展望

5.1全文总结

5.2前景展望

致谢

参考文献

附录