移動機器人視覺系統(tǒng)的組成和分類介紹

2024-01-28

移動機器人視覺系統(tǒng)是指移動機器人的視覺系統(tǒng)，包括通過傳感器獲得圖像，和通過計算機處理器對圖像進行處理這兩個部分。

一、移動機器人視覺系統(tǒng)的組成

一般說來，移動機器人的視覺系統(tǒng)由以下部分組成：

1、一個或多個光信號發(fā)生器，可以是天然光信號發(fā)射器如物體環(huán)境光線的反射光、，或者是人造光信號發(fā)射器如閃光燈、激光光源、。

2、用以接收構體反射光信號的一個或多個傳感器如攝像機，這種攝像機產(chǎn)生的圖像可以說是原始圖像，但這種傳感器不一定是光學傳感器，也可以是超聲波傳感器、。

3、圖像采集卡，將接收的圖像轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的二進制編碼，以便隨后進行處理。

4、對圖像進行增強去噪，并對其中的缺陷進行清除和校正等。

5、將變換后的圖像進行圖像存儲描述，給出必要的信息。

6、特征抽取，根據(jù)各種定律、算法和其他準則導出相關信息。

7、目標識別，用來把抽取的圖像特征與在訓練階段記錄下來的圖像特征進行比較。識別可能是總體識別、局部識別或者零位識別。不管結果如何，機器人都必須按照識別過程的結果決定采取相應的動作。在這一階段，任何誤差都可能造成性能上的不確定性。

二、移動機器人視覺系統(tǒng)的分類

依據(jù)視覺傳感器的數(shù)量和特性，主流的移動機器人視覺系統(tǒng)有單目視覺、雙目立休視覺、多目視覺和全景視覺等。

1、單目視覺系統(tǒng)

單目視覺系統(tǒng)只使用一個視覺傳感器。單目視覺系統(tǒng)在成像過程中由于從三維客觀世界投影N維圖像上，從而損失了深度信息，這是此類視覺系統(tǒng)的主要缺點。盡管如此，由于單目視覺系統(tǒng)結構簡單、算法成熟且計算量較小，在自主移動機器人中已得到廣泛應用。如用于目標跟蹤、基于單目特征的室內(nèi)定位導航等。同時，單目視覺是其他類型視覺系統(tǒng)的基礎，如雙目立體視覺、多目視覺等都是在單目視覺系統(tǒng)的基礎上，通過附加其他手段和措施而實現(xiàn)的。

2、雙目立體視覺系統(tǒng)

雙目視覺系統(tǒng)由兩個攝像機組成，利用三角測量原理獲得場景的深度信息。并且可以重建周圍景物的三維形狀和位置，類似人眼的體視功能，原理簡單。雙目視覺系統(tǒng)需要明確地知道兩個攝像機之間的空間位置關系。而且場景環(huán)境的3D信息需要兩個攝像機從不同角度同時拍攝同一場景的兩幅圖像。并進行復雜的匹配才能準確得到。立體視覺系統(tǒng)能夠比較準確地恢復視覺場景的氣維信息，在移動機器人定位導航、避障、地圖構建等方面得到了廣泛的應用。然而，立體視覺系統(tǒng)中的難點是對應點匹配的問題，該問題在很大程度上制約著立體視覺在機器人領域的應用前景。

3、多目視覺系統(tǒng)

多目視覺系統(tǒng)采用三個或三個以上的攝像機，三目視覺系統(tǒng)居多，主要用來解決雙目立體視覺系統(tǒng)中匹配多義性的問題，提高匹配精度。三目視覺系統(tǒng)的優(yōu)點是充分利用了第三個攝像機的信息，減少了錯誤匹配，解決了雙目視覺系統(tǒng)匹配的多義性，提高了定位精度，但三目視覺系統(tǒng)要合理安置三個攝像機的相對位置，其結構配置比雙目視覺系統(tǒng)更繁瑣，而且匹配算法更復雜，需要消耗更多的時間，實時性更差。

4、全景視覺系統(tǒng)

具有較大水平視場的多方向成像系統(tǒng)，其突出優(yōu)點是具有較大的視場，可以達到360°，是其他常規(guī)鏡頭無法比擬的。全景視覺系統(tǒng)可以通過圖像拼接的方法或者通過折反射光學元件實現(xiàn)，圖像拼接的方法使用單個或多個攝像機旋轉(zhuǎn)，對場景進行大角度掃描，獲取不同方向上連續(xù)的多幀圖像，再用拼接技術得到全景圖。