移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的組成和分類介紹

2024-01-28

移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)是指移動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)，包括通過(guò)傳感器獲得圖像，和通過(guò)計(jì)算機(jī)處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理這兩個(gè)部分。

一、移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的組成

一般說(shuō)來(lái)，移動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)由以下部分組成：

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

2、用以接收構(gòu)體反射光信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)傳感器如攝像機(jī)，這種攝像機(jī)產(chǎn)生的圖像可以說(shuō)是原始圖像，但這種傳感器不一定是光學(xué)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(jì)算機(jī)可以識(shí)別的二進(jìn)制編碼，以便隨后進(jìn)行處理。

4、對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)去噪，并對(duì)其中的缺陷進(jìn)行清除和校正等。

5、將變換后的圖像進(jìn)行圖像存儲(chǔ)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(zhǔn)則導(dǎo)出相關(guān)信息。

7、目標(biāo)識(shí)別，用來(lái)把抽取的圖像特征與在訓(xùn)練階段記錄下來(lái)的圖像特征進(jìn)行比較。識(shí)別可能是總體識(shí)別、局部識(shí)別或者零位識(shí)別。不管結(jié)果如何，機(jī)器人都必須按照識(shí)別過(guò)程的結(jié)果決定采取相應(yīng)的動(dòng)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(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的分類

依據(jù)視覺(jué)傳感器的數(shù)量和特性，主流的移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)有單目視覺(jué)、雙目立休視覺(jué)、多目視覺(jué)和全景視覺(jué)等。

1、單目視覺(jué)系統(tǒng)

單目視覺(jué)系統(tǒng)只使用一個(gè)視覺(jué)傳感器。單目視覺(jué)系統(tǒng)在成像過(guò)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(jué)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。盡管如此，由于單目視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、算法成熟且計(jì)算量較小，在自主移動(dòng)機(jī)器人中已得到廣泛應(yīng)用。如用于目標(biāo)跟蹤、基于單目特征的室內(nèi)定位導(dǎo)航等。同時(shí)，單目視覺(jué)是其他類型視覺(jué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，如雙目立體視覺(jué)、多目視覺(jué)等都是在單目視覺(jué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)附加其他手段和措施而實(shí)現(xiàn)的。

2、雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)

雙目視覺(jué)系統(tǒng)由兩個(gè)攝像機(jī)組成，利用三角測(cè)量原理獲得場(chǎng)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(jiǎn)單。雙目視覺(jué)系統(tǒng)需要明確地知道兩個(gè)攝像機(jī)之間的空間位置關(guān)系。而且場(chǎng)景環(huán)境的3D信息需要兩個(gè)攝像機(jī)從不同角度同時(shí)拍攝同一場(chǎng)景的兩幅圖像。并進(jìn)行復(fù)雜的匹配才能準(zhǔn)確得到。立體視覺(jué)系統(tǒng)能夠比較準(zhǔn)確地恢復(fù)視覺(jué)場(chǎng)景的氣維信息，在移動(dòng)機(jī)器人定位導(dǎo)航、避障、地圖構(gòu)建等方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而，立體視覺(jué)系統(tǒng)中的難點(diǎn)是對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配的問(wèn)題，該問(wèn)題在很大程度上制約著立體視覺(jué)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

3、多目視覺(jué)系統(tǒng)

多目視覺(jué)系統(tǒng)采用三個(gè)或三個(gè)以上的攝像機(jī)，三目視覺(jué)系統(tǒng)居多，主要用來(lái)解決雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)中匹配多義性的問(wèn)題，提高匹配精度。三目視覺(jué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了第三個(gè)攝像機(jī)的信息，減少了錯(cuò)誤匹配，解決了雙目視覺(jué)系統(tǒng)匹配的多義性，提高了定位精度，但三目視覺(jué)系統(tǒng)要合理安置三個(gè)攝像機(jī)的相對(duì)位置，其結(jié)構(gòu)配置比雙目視覺(jué)系統(tǒng)更繁瑣，而且匹配算法更復(fù)雜，需要消耗更多的時(shí)間，實(shí)時(shí)性更差。

4、全景視覺(jué)系統(tǒng)

具有較大水平視場(chǎng)的多方向成像系統(tǒng)，其突出優(yōu)點(diǎn)是具有較大的視場(chǎng)，可以達(dá)到360°，是其他常規(guī)鏡頭無(wú)法比擬的。全景視覺(jué)系統(tǒng)可以通過(guò)圖像拼接的方法或者通過(guò)折反射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)，圖像拼接的方法使用單個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)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(shù)得到全景圖。