双目俯视视觉导航相机标定及障碍物检测算法研究

摘要

近年来，移动机器人技术发展十分迅速，目前已经广泛应用于人类社会的诸多领域。机器人导航是移动机器人技术的重要组成部分之一，本文主要研究在室内环境下移动机器人的导航技术的理论问题。
　　针对俯视视觉导航模型存在的问题，本文提出了基于双目视觉的室内俯视视觉导航模型，并对相机标定、障碍物检测等问题进行了深入的研究。
　　在基于双目视觉的室内俯视视觉导航模型中，对导航相机的安装有特定的要求:(1)要求两个相机位于同一个水平面，即等高要求;(2)要求两个相机的光轴与地面垂直，即垂直要求。为了确定导航相机是否满足上述要求，研究了相应的相机标定方法。本文借助于圆形标记物来设计相机标定算法，研究了基于小孔相机模型的圆形物体在两个导航相机中的成像规律，建立了相机垂直标定和等高标定的理论依据。
　　在障碍物检测方面，本文主要解决了单目俯视视觉导航模型中由于障碍物对地面遮挡而导致检测的障碍物区域不精确的问题。首先假定两个导航相机在安装时满足等高要求和垂直要求，同时在已知相机光心到地面距离的条件下，推导计算障碍物高度的理论依据，然后通过消除由于障碍物高度对地面遮挡产生的影响，实现了对地面区域障碍物的精确检测。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 移动机器人简介

1．1．2 移动机器人导航技术研究现状

1．2 课题组的前期研究基础

1．2．1 单目俯视视觉导航方案

1．2．2 课题组已取得的研究成果

1．2．3 单目俯视视觉导航局限性

1．3 本文内容及章节安排

1．3．1 本文研究内容

1．3．2 章节工作安排

第二章 双目相机室内俯视视觉导航模型

2．1 问题分析

2．2 整体方案设计

2．2．1 双目俯视视觉导航方案

2．2．2 双目相机安装要求

2．3 双目俯视视觉导航障碍物检测方案

2．3．1 障碍物检测系统模型

2．3．2 障碍物检测方案算法设计

2．4 本章小结

第三章 双目相机标定算法

3．1 问题分析

3．2 相机标定基本原理

3．2．1 相机成像模型

3．2．2 坐标系建立

3．2．3 标定的基本思想

3．2．4 标定标记物选取

3．3 相机垂直标定

3．3．1 圆形标记物旋转的数学描述

3．3．2 相机光轴偏转角度计算

3．3．3 实验结果与分析

3．4 相机等高标定

3．4．1 相机等高标定方法

3．4．2 相机高度差计算

3．4．3 实验结果与分析

3．5 相机高度计算

3．6 本章小结

第四章 室内俯视图像障碍物分割算法

4．1 分割方法介绍

4．1．1 自适应有监督分割算法

4．1．2 无监督地面区域分割算法

4．1．3 半监督地面区域分割算法

4．2 分割算法性能分析

4．3 实验结果

4．4 本章小结

第五章 基于双耳相机的障碍物检测

5．1 问题分析

5．2 双目相机三维重建算法分析

5．3 地面障碍物检测原理

5．3．1 地面障碍物高度检测原理

5．3．2 地面障碍物区域修正

5．3．3 算法实现

5．4 算法验证

5．4．1 实验平台介绍

5．4．2 实验结果与分析

5．5 本章小结

第六章 工作总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况

致谢