針對移動機器人的局部視覺定位問題進行了研究。首先通過移動機器人視覺定位與目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)求出目標(biāo)質(zhì)心特征點的位置時間序列，然后在分析二次成像法獲取目標(biāo)深度信息的缺陷的基礎(chǔ)上，提出了一種獲取目標(biāo)的空間位置和運動信息的方法。該方法利用序列圖像和推廣卡爾曼濾波，目標(biāo)獲取采用了HIS模型。在移動機器人滿足一定機動的條件下，較精確地得到了目標(biāo)的空間位置和運動信息。仿真結(jié)果驗證了該方法的有效性和可行性。
運動視覺研究的是如何從變化場景的一系列不同時刻的圖像中提取出有關(guān)場景中的目標(biāo)的形狀、位置和運動信息，將之應(yīng)用于移動機器人的導(dǎo)航與定位。首先要估計出目標(biāo)的空間位置和運動信息，從而為移動機器人車體的導(dǎo)航與定位提供關(guān)鍵前提。
視覺信息的獲取主要是通過單視覺方式和多視覺方式。單視覺方式結(jié)構(gòu)簡單，避免了視覺數(shù)據(jù)融合，易于實現(xiàn)實時監(jiān)測。如果利用目標(biāo)物體的幾何形狀模型，在目標(biāo)上取3個以上的特征點也能夠獲取目標(biāo)的位置等信息。此方法須保證該組特征點在不同坐標(biāo)系下的位置關(guān)系一致，而對于一般的雙目視覺系統(tǒng)，坐標(biāo)的計算誤差往往會破壞這種關(guān)系。
采用在機器人上安裝車載攝像機這種局部視覺定位方式，本文對移動機器人的運動視覺定位方法進行了研究。該方法的實現(xiàn)分為兩部分：首先采用移動機器人視覺系統(tǒng)求出目標(biāo)質(zhì)心特征點的位置時間序列，從而將對被跟蹤目標(biāo)的跟蹤轉(zhuǎn)化為對其質(zhì)心的跟蹤；然后通過推廣卡爾曼濾波方法估計目標(biāo)的空間位置和運動參數(shù)。
1.目標(biāo)成像的幾何模型
移動機器人視覺系統(tǒng)的坐標(biāo)關(guān)系如圖1所示。
其中O-XYZ為世界坐標(biāo)系；Oc-XcYcZc為攝像機坐標(biāo)系。其中Oc為攝像機的光心，X軸、Y軸分別與Xc軸、Yc軸和圖像的x，y軸平行，Zc為攝像機的光軸，它與圖像平面垂直。光軸與圖像平面的交點O1為圖像坐標(biāo)系的原點。OcO1為攝像機的焦距f.
圖1 移動機器人視覺系統(tǒng)的坐標(biāo)關(guān)系
不考慮透鏡畸變，則由透視投影成像模型為：
式中，Z′=［u，v］T為目標(biāo)特征點P在圖像坐標(biāo)系的二維坐標(biāo)值；（X，Y，Z）為P點在世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)；（Xc0，Yc0，Zc0）為攝像機的光心在世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)；dx，dy為攝像機的每一個像素分別在x軸與y軸方向采樣的量化因子；u0，v0分別為攝像機的圖像中心O1在x軸與y軸方向采樣時的位置偏移量。通過式（1）即可實現(xiàn)點P位置在圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的變換。
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