全方位視覺技術(shù)及其在智能移動(dòng)機(jī)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(chǎng)(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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)現(xiàn)有的全方位視覺成像方法進(jìn)行了簡單評(píng)價(jià)，對(duì)于利用反射鏡的單視點(diǎn)折反射成像模型與約束條件進(jìn)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(chǎng)增強(qiáng)效果的物理本質(zhì)。 針對(duì)已有的全景圖像柱面展開逐點(diǎn)解算的方法，進(jìn)行了解算效率的分析，對(duì)原算法進(jìn)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(chǎng)景時(shí)，對(duì)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相對(duì)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(shí)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(shí)驗(yàn)室內(nèi)人體運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別與跟蹤實(shí)驗(yàn)的顯示界面，對(duì)采集到的連續(xù)視頻圖像實(shí)時(shí)進(jìn)行解算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視場(chǎng)全局的觀察和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的

4、局部監(jiān)視。在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)于視場(chǎng)空間內(nèi)非整體結(jié)構(gòu)零散分布的景物，更容易估計(jì)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(dòng)機(jī)器人，論文針對(duì)機(jī)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(diǎn)，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(jì)了基于全景原圖的路標(biāo)特征識(shí)別算法和定位計(jì)算公式，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(chǎng)景存在有多處人為干擾、路標(biāo)被隨機(jī)遮擋、并且機(jī)器人還是做變航向曲線運(yùn)動(dòng)的嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件下，也能使機(jī)器人的定位的精度有很大提高。 為解決全景視覺在大視場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)、目標(biāo)識(shí)別與跟蹤方面向?qū)嵱眉夹g(shù)的轉(zhuǎn)化，論文還設(shè)計(jì)了基于DSP的嵌入式視覺圖像采集與處理平臺(tái)。平臺(tái)重點(diǎn)考慮了通用性和可擴(kuò)展性，并且兼顧了小體積、低功耗的要求，其特有的雙體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為今后擴(kuò)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(tái)上實(shí)現(xiàn)。該硬件平臺(tái)具有通用性，單卡應(yīng)用時(shí)雙體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)使得圖像的采集與處理并行進(jìn)行。該平臺(tái)被推廣應(yīng)用到某型偵察直升機(jī)圖像獲取、傳輸及目標(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)中。 考慮到視覺信息的采集有時(shí)與信息的理解、判斷、分析、處理是分別進(jìn)行的，比如，在探險(xiǎn)機(jī)器人和遠(yuǎn)離主控中心的環(huán)境監(jiān)測(cè)視點(diǎn)獲取的圖像有必要傳輸回主控單元進(jìn)行分析處理，所以也對(duì)圖像壓縮編碼、無線ATM傳輸機(jī)制等方面進(jìn)行了探討，對(duì)其中的某些具體技術(shù)開展了研究工作。