仿生雙目PTZ視覺與移動平臺協(xié)調(diào)控制的研究.pdf

1、視覺是移動機(jī)器人探測外界環(huán)境的重要方式。如何快速大范圍的搜索周圍環(huán)境，并在地面特征不明顯的情況下選擇出顯著度較大的目標(biāo)，并對其進(jìn)行精確跟蹤成為了一個新的研究方向。本課題在博士點(diǎn)基金“自主機(jī)器人的仿生型近地感知與運(yùn)動控制研究（項目編號20122304110014）”的支持下，建立仿變色龍的PTZ視覺平臺，探索機(jī)器人視覺在環(huán)境搜索、目標(biāo)選擇以及跟蹤中的應(yīng)用。
　　首先，根據(jù)目前國內(nèi)外移動機(jī)器人視覺系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，借鑒變色龍雙

2、眼負(fù)相關(guān)的特點(diǎn)，提出一個雙目帶有可轉(zhuǎn)動脖頸機(jī)構(gòu)的移動機(jī)器人視覺方案，并完成實驗樣機(jī)的研制；雙目均為可單獨(dú)進(jìn)行水平轉(zhuǎn)動（Pan）、俯仰運(yùn)動（Tilt）和變焦操作（Zoom）的PTZ攝像機(jī)。根據(jù)實驗要求，選擇工控機(jī)作為該控制系統(tǒng)的主控單元，轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制卡控制轉(zhuǎn)向電機(jī)，鏡頭控制器帶動鏡頭變焦，從而完成工控機(jī)對攝像頭位置、姿態(tài)以及變焦的控制。利用變焦的特性，實現(xiàn)對于大范圍的搜索和小目標(biāo)的精確定位。
　　其次，基于現(xiàn)有視覺平臺，根據(jù)坐標(biāo)變換

3、的方法，建立視覺平臺的運(yùn)動學(xué)模型，并推導(dǎo)出圖像坐標(biāo)系與機(jī)器人的關(guān)系，從而完成物體實際方位與圖像中位置的聯(lián)系?；诜氯搜凵窠?jīng)的視覺注意機(jī)制理論，采用自下而上的數(shù)據(jù)驅(qū)動方式，利用高斯金字塔模型分別對圖像的亮度、顏色和方向特征進(jìn)行分解，通過多尺度內(nèi)部競爭從不同尺度理解圖像信息，從而獲得各特征的顯著圖，然后將各多尺度競爭的結(jié)果進(jìn)行整合，從而獲取全圖中的注意焦點(diǎn)。實現(xiàn)了差異性較小的地面上顯著目標(biāo)的選擇。
　　第三，基于變色龍的負(fù)相關(guān)搜索模式

4、，建立帶有脖頸運(yùn)動和不帶有脖頸運(yùn)動的目標(biāo)搜索模型以及變分辨率目標(biāo)對準(zhǔn)模型，從而實現(xiàn)從粗略到精細(xì)的優(yōu)化對準(zhǔn)過程。通過基于遺傳算法的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向優(yōu)化模型，使機(jī)器人能夠以較低的功耗進(jìn)行目標(biāo)對準(zhǔn)。此外，應(yīng)用基于在線學(xué)習(xí)粒子濾波目標(biāo)跟蹤算法，實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的跟蹤。
　　最后，課題以視覺平臺為對象，對選擇性注意算法進(jìn)行驗證，并且在平地和崎嶇地面上對搜索模型、變分辨率目標(biāo)對準(zhǔn)模型、目標(biāo)對準(zhǔn)優(yōu)化模型以及基于粒子濾波的目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行實驗，驗證了控制系