基于計(jì)算機(jī)視覺的導(dǎo)引系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、基于計(jì)算機(jī)視覺的導(dǎo)引系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)視覺工程應(yīng)用的一個(gè)方面。由于它導(dǎo)引精度較高，設(shè)備價(jià)格較低廉，并且可以根據(jù)環(huán)境的具體情況對(duì)導(dǎo)引軌跡進(jìn)行自主調(diào)整，近幾年來被廣泛地應(yīng)用到工程實(shí)踐中。 本文主要對(duì)視覺導(dǎo)引系統(tǒng)中的三個(gè)主要技術(shù)環(huán)節(jié)——目標(biāo)的提取、描述和跟蹤，開展了深入的理論分析和試驗(yàn)研究工作，取得了滿意的成果；并已將這些研究成果運(yùn)用到兩個(gè)實(shí)際的導(dǎo)引系統(tǒng)——無人機(jī)自動(dòng)回收系統(tǒng)和碼頭裝卸車自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)，都取得了很好的實(shí)用效果。 在工程

2、應(yīng)用方面，本文首先總結(jié)了基于計(jì)算機(jī)視覺的導(dǎo)引系統(tǒng)的共同特點(diǎn)，即都具有三個(gè)主要的技術(shù)環(huán)節(jié)：導(dǎo)引目標(biāo)的提取、導(dǎo)引目標(biāo)的描述和識(shí)別、導(dǎo)引目標(biāo)的跟蹤。提出了視覺導(dǎo)引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：通過對(duì)這三個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，將它們?cè)O(shè)計(jì)為相互關(guān)聯(lián)的三個(gè)功能模塊。然后再以此為中心，根據(jù)系統(tǒng)的具體要求搭建外圍設(shè)備。并且以此方法對(duì)上述的兩個(gè)視覺導(dǎo)引系統(tǒng)進(jìn)行了方案的設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)建模的論證。 在關(guān)鍵技術(shù)研究方面，本文重點(diǎn)做了三個(gè)方面的研究： 1. 對(duì)導(dǎo)引目標(biāo)

3、的提取技術(shù)做了深入的研究。在邊緣檢測(cè)方面，認(rèn)為對(duì)圖像的邊緣進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要考慮到邊緣的矢量性，提出了一系列的基于形態(tài)學(xué)梯度矢量的邊緣檢測(cè)算子——DMGO；在圖像分割方面，在最佳閾值分割算法的基礎(chǔ)之上，提出了一種多尺度的最佳閾值分割方法——MSOT；在二值圖像的修補(bǔ)方面，提出了一種快速簡(jiǎn)單的孤點(diǎn)消除、斷點(diǎn)連接的算法，可以對(duì)圖像分割后的二值圖像進(jìn)行優(yōu)化，使圖像中的邊緣更加完整和平滑。 2. 在導(dǎo)引目標(biāo)的描述技術(shù)方面。本文分析了不變矩描

4、述子、改進(jìn)了不變矩描述子的缺陷，以及不變矩描述子的一些幾何特性。首次提出了一種新穎的用于目標(biāo)區(qū)域識(shí)別的描述子——EED描述子。對(duì)EED描述子的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放的不變性給出了規(guī)整的數(shù)學(xué)理論證明；并提出了EED還具有對(duì)多尺度性、細(xì)節(jié)差異、形變的不變性。對(duì)于不同噪聲干擾后的二值圖像中的目標(biāo)區(qū)域，均能進(jìn)行很好地描述和識(shí)別。并且針對(duì)上述特點(diǎn)給出了不少的例證。 3. 本文還指出了導(dǎo)引目標(biāo)跟蹤應(yīng)該以系統(tǒng)跟蹤的速度和精度作為評(píng)價(jià)的指標(biāo)。建立了窗

5、口跟蹤法跟蹤視覺目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，指出了視覺處理中有兩個(gè)重要的方面直接影響著跟蹤的速度和精度——跟蹤窗口的大小和位置、圖像處理的質(zhì)量。首次提出了一套完整的、用于基于視覺導(dǎo)引系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤功能模塊解決方案。 最后，對(duì)上述的兩個(gè)導(dǎo)引系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，將本文主要的研究成果應(yīng)用到這兩個(gè)導(dǎo)引系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)了原理樣機(jī)。在碼頭裝卸車自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)中，文章首次提出了十分新穎的AGV的自動(dòng)導(dǎo)引方式——利用計(jì)算機(jī)視覺和車輪編碼器進(jìn)行航位推算（DR）