全方位視覺技術(shù)及其在智能移動機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用研究.pdf

1、全方位視覺感知，又稱全景視覺、全視覺，是指一次獲得大于半球視場(360°×180°)的三維空間的全部視覺信息，是近幾年被廣泛關(guān)注、熱門研究的視覺感知技術(shù)。由于其視域開闊，對于民用、軍事還有宇航空間領(lǐng)域中的依賴于視覺信息做出決策的各行業(yè)都具有非常重要的意義。 由于全方位視覺是一門新興的技術(shù)，目前對于其基礎(chǔ)理論的研究還不成熟，應(yīng)用方面也有許多關(guān)鍵技術(shù)有待解決。針對國內(nèi)外全方位視覺的研究現(xiàn)狀，本文開展了全方位視覺技術(shù)及應(yīng)用的研究。首先

2、，對現(xiàn)有的全方位視覺成像方法進行了簡單評價，對于利用反射鏡的單視點折反射成像模型與約束條件進行了理論推導(dǎo)，從原理上解釋了利用曲面反射鏡可以獲得視場增強效果的物理本質(zhì)。 針對已有的全景圖像柱面展開逐點解算的方法，進行了解算效率的分析，對原算法進行了修正，提出了快速二次逆向還原解算法，在不改變圖像還原效果的前提下，減少了解算的次數(shù)，提高了解算的速度。 為解決全景圖像柱形平展解算應(yīng)用于開闊場景時，對于任意分布的局部景象存在比較

3、嚴(yán)重的失真問題。本文提出了基于主視點的視窗平面圖像還原解算法，使得解算后圖像在這一情況下的失真得以改善。實驗結(jié)果顯示，相對于視覺系統(tǒng)主軸而言呈非直立分布的景物，視窗平面內(nèi)的還原圖像優(yōu)于柱形還原成像的視覺效果，而直立分布景物的還原效果與柱形還原相同，同時還實現(xiàn)了對局部敏感區(qū)域的放大觀察。并將本文提出的圖像還原解算方法應(yīng)用于實驗室內(nèi)人體運動目標(biāo)的識別與跟蹤實驗的顯示界面，對采集到的連續(xù)視頻圖像實時進行解算，實現(xiàn)了對視場全局的觀察和運動目標(biāo)的

4、局部監(jiān)視。在此基礎(chǔ)上進一步，又提出了球形還原成像法，給出了解算的具體算法。使得還原解算后的圖像對于視場空間內(nèi)非整體結(jié)構(gòu)零散分布的景物，更容易估計其方位信息，成像的局部效果接近視窗平面還原法。 為將全視覺技術(shù)應(yīng)用于智能移動機器人，論文針對機器人定位與導(dǎo)航問題開展了研究。根據(jù)全景視覺的特點，提出了利用單幀全景圖像中多路標(biāo)特征提取的定位方法，設(shè)計了基于全景原圖的路標(biāo)特征識別算法和定位計算公式，通過實驗驗證了算法的有效性。該方法即使是在

5、復(fù)雜背景環(huán)境、場景存在有多處人為干擾、路標(biāo)被隨機遮擋、并且機器人還是做變航向曲線運動的嚴(yán)格的實驗條件下，也能使機器人的定位的精度有很大提高。 為解決全景視覺在大視場環(huán)境監(jiān)測、目標(biāo)識別與跟蹤方面向?qū)嵱眉夹g(shù)的轉(zhuǎn)化，論文還設(shè)計了基于DSP的嵌入式視覺圖像采集與處理平臺。平臺重點考慮了通用性和可擴展性，并且兼顧了小體積、低功耗的要求，其特有的雙體存儲結(jié)構(gòu)為今后擴展為雙卡協(xié)同工作提供了條件，使得圖像處理算法比較繁瑣的全景圖像處理方法有望在

6、嵌入式快速圖像處理平臺上實現(xiàn)。該硬件平臺具有通用性，單卡應(yīng)用時雙體存儲結(jié)構(gòu)使得圖像的采集與處理并行進行。該平臺被推廣應(yīng)用到某型偵察直升機圖像獲取、傳輸及目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)中。 考慮到視覺信息的采集有時與信息的理解、判斷、分析、處理是分別進行的，比如，在探險機器人和遠(yuǎn)離主控中心的環(huán)境監(jiān)測視點獲取的圖像有必要傳輸回主控單元進行分析處理，所以也對圖像壓縮編碼、無線ATM傳輸機制等方面進行了探討，對其中的某些具體技術(shù)開展了研究工作。