全方位視覺移動(dòng)機(jī)器人目標(biāo)跟蹤算法研究.pdf

1、全方位視覺（Omnidirectional Vision）是近幾年被重點(diǎn)關(guān)注的視覺感知技術(shù)，該技術(shù)通過魚眼鏡頭捕獲一幀廣角圖像來(lái)獲得三維空間中全部景物的圖像信息（其中方位角可達(dá)360°，天頂角可達(dá)180°）。這種“全方位圖像”的獲取對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和處理程序要求不高，能夠很好地滿足機(jī)器視覺應(yīng)用的實(shí)用性要求。這種具有超大廣角視野的全方位觀測(cè)具有采集信息量大和觀察范圍廣等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在安防監(jiān)控、管道探測(cè)、輔助駕駛、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、車載巡檢、飛行器制導(dǎo)

2、及空間機(jī)器人等方面。尤其在移動(dòng)機(jī)器人與自引導(dǎo)車導(dǎo)航和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤中，實(shí)時(shí)的全場(chǎng)景檢測(cè)技術(shù)具有更重要的意義。
　　 本文主要研究機(jī)器人自引導(dǎo)車在航標(biāo)環(huán)境中對(duì)包括航標(biāo)在內(nèi)的目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自引導(dǎo)車的自主定位和導(dǎo)航。在采用魚眼鏡頭的機(jī)器人全方位視覺導(dǎo)航系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤是導(dǎo)航的前提條件，而目標(biāo)跟蹤的主要任務(wù)就是把運(yùn)動(dòng)的被跟蹤目標(biāo)從連續(xù)的視頻圖像中準(zhǔn)確快速地提取出來(lái)。但是由于在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，存在著大量的干擾因素，使得這一工作變

3、得非常困難。特別是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，不可避免的存在一些特殊情況，比如：被跟蹤的目標(biāo)移動(dòng)出導(dǎo)航系統(tǒng)的視野后再現(xiàn)；被跟蹤的目標(biāo)被其他物體遮擋后再現(xiàn)；自引導(dǎo)車在行進(jìn)過程中受到劇烈顛簸；被跟蹤目標(biāo)運(yùn)動(dòng)劇烈且極無(wú)規(guī)律等等。以上種種情況都會(huì)造成目標(biāo)跟蹤的失敗，特別在光照變化的情況下這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重，會(huì)對(duì)自引導(dǎo)車的導(dǎo)航造成嚴(yán)重的影響。
　　 本文在充分分析了各種跟蹤和濾波算法（如Mean Shift算法、CamShift算法、粒子濾波算法以及卡爾

4、曼濾波算法）的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和研究項(xiàng)目要求，結(jié)合卡爾曼濾波對(duì)現(xiàn)有的CamShift算法做出了改進(jìn)，提出了一種組合跟蹤算法。在該算法中，卡爾曼濾波被用來(lái)預(yù)測(cè)和校正被跟蹤目標(biāo)的位置，改進(jìn)型CamShift跟蹤算法被用來(lái)根據(jù)目標(biāo)的彩色信息特征搜索和跟蹤目標(biāo)。該算法可以解決在背景復(fù)雜且光照可變情況下的目標(biāo)跟蹤問題，同時(shí)能夠解決目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)劇烈變化及目標(biāo)丟失后再現(xiàn)等情況下的目標(biāo)跟蹤問題。該算法具有較好的精確度、魯棒性、抗干擾性，同時(shí)能