基于并行處理的機(jī)器人立體視覺伺服系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著計算機(jī)視覺和計算機(jī)硬件技術(shù)的快速發(fā)展，將視覺信息同機(jī)器人控制相結(jié)合形成視覺伺服系統(tǒng)，使機(jī)器人具有同外部環(huán)境進(jìn)行智能交互的能力，是當(dāng)今機(jī)器人發(fā)展的一個主要方向。機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)通過檢測圖像中的目標(biāo)物體，可以獲得視覺信息來控制機(jī)器人的運動?；谖恢玫囊曈X伺服方法首先根據(jù)機(jī)器人的模型、可到達(dá)的工作空間以及目標(biāo)物體來估計目標(biāo)物體在直角坐標(biāo)空間中相對于攝像機(jī)的位置。在計算機(jī)圖像處理中以動態(tài)圖像的分析和理解為基礎(chǔ)的視覺跟蹤成為研究的熱點。由于

2、視覺跟蹤技術(shù)可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域，而且重要性日益增強(qiáng)，圖像處理面臨著復(fù)雜化和高速化的挑戰(zhàn)，并行處理技術(shù)在這其中扮演了極其重要的角色。
　　論文介紹了機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)研究內(nèi)容、伺服方法以及存在的問題；綜述了機(jī)器視覺的發(fā)展歷程和目標(biāo)提取方法，分析了立體視覺系統(tǒng)的研究概況，指出機(jī)器視覺相關(guān)研究存在的問題與發(fā)展趨勢，同時闡述了圖像并行處理系統(tǒng)的種類以及性能評價指標(biāo)，并給出論文的主要研究內(nèi)容。
　　建立了機(jī)器人立體視覺伺服系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模

3、型，通過分層設(shè)計的方法實現(xiàn)了基于并行處理的視覺伺服控制策略。根據(jù)圖像處理層、并行處理層和操作控制層的視覺伺服控制策略，建立了機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并把系統(tǒng)分為：左、右攝像機(jī)圖像采集及目標(biāo)識別子系統(tǒng)、圖像匹配及預(yù)測子系統(tǒng)和主控系統(tǒng)四部分。同時研究直角坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換關(guān)系，標(biāo)定了機(jī)器人坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的變換矩陣。此外，研究立體視覺平臺結(jié)構(gòu)，建立了立體視覺運動學(xué)模型，設(shè)計了應(yīng)用于機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的立體視覺平臺。根據(jù)攝像機(jī)成像模型

4、，研究攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定方法，完成了攝像機(jī)標(biāo)定。
　　對基于機(jī)器人視覺伺服的目標(biāo)檢測與定位方法進(jìn)行詳細(xì)研究。根據(jù)不同的伺服任務(wù)確定相應(yīng)的目標(biāo)檢測方法。提出可調(diào)節(jié)的圖像處理策略實現(xiàn)了在計算速度、計算精度和圖像處理的魯棒性之間的優(yōu)化。針對兩幅圖像當(dāng)前目標(biāo)檢測結(jié)果以及前一時刻的目標(biāo)檢測結(jié)果，運用提出的兩階段的立體匹配算法確定最佳立體匹配集合。根據(jù)雙目立體視覺測距的數(shù)學(xué)模型和匹配點選擇方案計算目標(biāo)當(dāng)前時刻和前一時刻之間的奇次變換關(guān)系。為以后

5、的目標(biāo)預(yù)測和機(jī)器人軌跡規(guī)劃提供計算數(shù)據(jù)。
　　研究在自然環(huán)境中運動目標(biāo)跟蹤和預(yù)測的方法，并設(shè)計了一種機(jī)器人軌跡規(guī)劃策略。在運動目標(biāo)預(yù)測過程中，采用帶多重觀測滯后系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)卡爾曼估計器模型中卡爾曼預(yù)報的方法實現(xiàn)了運動目標(biāo)的狀態(tài)估計，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果設(shè)計了雙目平臺控制策略和機(jī)器人軌跡規(guī)劃策略。分析了單攝像機(jī)跟蹤控制原理，并在此基礎(chǔ)上提出一種雙目協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)了雙目平臺對運動目標(biāo)的跟蹤。同時給出一種控制雙目平臺的安全保護(hù)方案，實現(xiàn)了雙目

6、平臺快速、可靠、安全的跟蹤運動目標(biāo)的方法。此外介紹了一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，實現(xiàn)機(jī)器人的路徑實時修正。
　　針對在不降低伺服周期的前提下提高定位精度和識別率的目的，提出了一種機(jī)器人立體視覺伺服系統(tǒng)中圖像處理的并行化策略。根據(jù)并行處理的設(shè)計步驟，通過對串行程序的分析和并行層次劃分原理，設(shè)置了一種并行劃分規(guī)則。同時設(shè)計了一種自適應(yīng)負(fù)載平衡算法(ALCB)，通過使用LC測度來進(jìn)行處理器參數(shù)的調(diào)整，建立一組適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)檢測和定位參數(shù)的組合，