基于雙目視覺的移動機器人避障研究

摘要：為了實現Pioneer3—T輪式移動機器人避障的目的，設計了一種移動機器人避障的系統方案。該方案采用一種快速融合圖像分割和立體視覺的障礙物定位方法，即利用經典圖像處理把障礙物從背景中分割出來，同時提取其輪廓信息進行立體匹配，之后結合攝像頭標定結果，實現空間點的三維重建。采用雙目視覺和聲納傳感器相配合來獲得周圍障礙物的信息，最終根據模糊控制原理設計了避障規則和避障控制器。通過實際的躲避障礙物實驗，實現了移動機器人成功躲避障礙物的功能。實驗結果證實了該系統的可行性和有效性。

關鍵詞：圖像分割；立體匹配；三維重建；避障

中圖分類號：TN911—34；TP242.6文獻標識碼：A文章編號：1004373X（2012）18008903

引言

隨著科學技術的發展，移動機器人的應用領域越來越廣泛，同時對人類生產和生活都產生了深遠的影響。移動機器人的導航技術更是這個領域中的一個活躍分支和研究熱點，它是一個多學科交叉的綜合性課題，涉及機器視覺[1]、視覺測距[2—3]、立體圖像匹配[4]、地圖重構[5]、視頻跟蹤[6]、路線選擇[7]、自動控制[8—9]等多方面的技術。視覺作為機器人獲取周圍環境信息的重要手段，以信息量大為特點，對移動機器人導航具有重要的理論意義與實際應用價值。相對于其他的主動測量方式，立體視覺隱蔽性好，得到的信息快速、準確，常用來檢測可疑障礙物的高度和距離[9]。但是針對立體視覺算法復雜，計算耗時，機器人視覺系統的實時性還不夠，在實際應用中還存在諸多問題。在高適應性移動機器人導航技術中，避障是基本功能，也成為機器人研究領域的關鍵和難點[10]，而根據周圍環境信息，快速檢測障礙物并回避更是移動機器人視覺導航的關鍵技術之一。

1雙目視覺基本原理

1.1攝像機模型

三維空間上每一點在圖像平面上的位置與其空間位置相對應。圖像坐標和世界坐標之間的關系由攝像機數學模型決定。雙目視覺中單個攝像機的成像采用針孔攝像機數學模型來描述，即任一點Q在圖像中的投影位置q為光心與點Q的連線與圖像平面的交點。