月球探測車雙目立體視覺系統(tǒng)研究.pdf

1、月球探測車是用于復雜地形探測的移動機器人，是人工智能、自動控制、機構(gòu)學、信息技術及計算機技術等多學科、高新技術的結(jié)晶，具有重大的研究價值和應用價值，受到了世界各國的重視。在月球車的各項關鍵技術中，立體視覺系統(tǒng)的主要功能是對月球表面復雜環(huán)境進行有效的感知和信息融合，完成圖像的獲取、像點匹配、障礙物識別與定位、三維場景重構(gòu)和深度圖生成等，以便實現(xiàn)月球車在未知環(huán)境旱的自主導航和避障。 在一定的計算能力下，視覺系統(tǒng)的速度和精度是一對矛盾

2、。如何平衡兩個性能是系統(tǒng)設計中的重要問題。針對這一問題，本文提出了月球車立體視覺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設計方法。在保障月球車安全自主避障和導航的任務要求下，將視覺系統(tǒng)的基本性能與月球車的機動性能相結(jié)合，分析了視覺系統(tǒng)的各項性能，建立了一系列配置方程，利用這些方程選擇合適的配置參數(shù)，達到優(yōu)化性能參數(shù)的目的。 雙目視覺的精確標定是立體視覺算法的基礎。針對月球車的應用背景，本文研究一種基于平面模板的攝像機在線標定方法，實現(xiàn)對月球車視覺系統(tǒng)的快速

3、、精確標定。由于月球車立體視覺系統(tǒng)具有大畸變的特點，研究消除立體圖像對的非線性畸變是必要的。通過雙目視覺的外極線校正，可以將匹配的搜索空間由二維降低到一維。為此，本文研究一種緊湊的立體圖像極線校正方法，根據(jù)攝像機標定的內(nèi)外參數(shù)，對左右圖像對進行極線校正。 立體匹配是視覺算法的核心。本文首先對目前各種匹配算法進行分類，然后結(jié)合視覺避障導航的應用背景，在局部匹配算法中對區(qū)域法的各種相似性測度的準確性以及匹配窗口的大小進行定性和定量的

4、評估。為了提高結(jié)果的準確性和魯棒性，對立體匹配進行預處理和后處理是必要的，包括消除左右圖像亮度差異的LOG濾波、檢測遮擋的左右一致性校驗、及消除誤匹配的blob濾波和中值濾波算法。為了研究比較各算法的性能，本文采用一種立體匹配算法的評估方法，對各算法結(jié)果進行定量的評估。 針對漫游車導航依賴于三維重建提供的道路信息，以及根掘道路信息自動避障的需要。本文提出了一種攝像機坐標系下三維坐標獲取以及攝像機坐標系到車體坐標系的轉(zhuǎn)換方法，利用