第 27 卷 第 5 期
Vol. 27 No. 5
控 制 与 决 策
Control and Decision
2012 年 5 月
May 2012
移动机器人前向单目视觉的建模研究
文章编号: 1001-0920 (2012) 05-0792-05
张学习, 杨宜民, 蔡述庭
(广东工业大学 自动化学院,广州 510090)
摘 要: 为了实现目标对象的快速、精确识别, 对移动机器人前向单目视觉进行了建模. 首先, 给出了前向单目视觉
成像模型, 包括软、硬件设计, 并结合目标特征属性得到目标中心在图像上的坐标; 然后, 通过视觉标定模型实现前
向单目视觉的目标定位, 得到目标对象在机器人体坐标系中的坐标; 最后, 利用参数估计的方法计算真实检测结果与
理想检测结果的误差分布模型的参数, 得到前向单目视觉的观测模型. 实验结果表明, 前向单目视觉模型建立精确,
且实时性好.
关键词: 前向单目视觉;移动机器人;成像模型;视觉标定模型;观测模型
中图分类号: TP24 文献标识码: A
Model design of monocular front vision for mobile robot
ZHANG Xue-xi, YANG Yi-min, CAI Shu-ting
(College of Automation,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510090,China.Correspondent:ZHANG
Xue-xi,E-mail:zxxnet 2@163.com)
Abstract: Aiming at the fast and precise recognition of target, mobile robot’s monocular front vision is modeled. Firstly,
image model of monocular front vision is proposed, including design flows of hardware and software, through which the
target’s position on image can be obtained. Then, target location by monocular front vision, through vision calibration
model, is performed to get the target’s position within the robot coordinate. Finally, parameter estimation method is applied
to calculate the parameters of error distribution model of the real and ideal detection results, by which the observation model
of monocular front vision can be achieved. Experiment results show that target recognition under this model design has better
real-time property and higher accuracy.
Key words: monocular front vision;mobile robot ;image model;vision calibration model;observation model
1 引引引 言言言
视觉是人类最重要的感觉器官, 人类所获得的大
部分外界信息都来自视觉. 随着人类对自然世界的
不断探索, 人们总希望能通过某种数字化机器来实现
人类视觉的功能, 自动地获取外部世界的信息
[1]
. 建
立一个能像人类一样快速、精确地感知外界变化的系
统更是机器视觉的研究重点. 实际上, 机器视觉正是
计算机视觉和人工智能在机器人学中的应用, 并随着
机器人学以及计算机视觉和人工智能的发展而产生
和发展起来的. 从硬件结构上来看, 常用的视觉传感
器大致可分为全局视觉、单个摄像机视觉、双摄像机
立体视觉和全向视觉
[2-5]
. 从软件处理的角度来看, 机
器视觉系统主要分为静止视觉、移动视觉和立体视
觉
[6]
, 其中静止视觉的研究比较成熟. 对于移动机器
人而言, 单个摄像机视觉系统由于具有性价比高、实
时性好等优点, 而具有广泛的应用前景. 文献 [7] 对
移动机器人前向单目视觉的摄像机标定进行了研究;
[8] 对动态目标的识别进行了研究; [9-10] 对单目视觉
在移动机器人定位等领域的应用进行了算法的仿真
实验. 但上述研究只涉及到移动机器人前向单目视觉
硬件和软件的部分内容, 并没有对误差结果进行定量
分析.
本文将移动机器人前向单目视觉的建模分为成
像模型、视觉标定模型和观测模型 3 个部分, 并结合
目标特征属性实现目标对象的精确、快速识别. 最后,
利用参数估计的方法计算真实检测结果与理想检测
结果的误差分布模型的参数, 得到前向单目视觉的观
测模型, 实现前向单目视觉的模型建立.
收稿日期: 2010-10-22;修回日期: 2011-01-27.
基金项目: 国家自然科学基金项目 (61104105);广东省“211 工程”基金项目 (粤发改 [431]).
作者简介: 张学习(1978−), 男, 副教授, 博士, 从事智能控制、信息处理技术等研究;杨宜民(1945−), 男, 教授, 博士生
导师, 从事智能控制、人工智能等研究.