MATLAB中机器人学、视觉与控制基础算法详解

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《机器人学、机器视觉与控制——MATLAB算法基础》是一本由Peter Corke编著的专业书籍，它作为Springer Tracts in Advanced Robotics系列的第73卷，深入探讨了在MATLAB这个强大的编程环境中实现机器人学和机器视觉核心技术的算法。本书主要关注于基础算法的设计与实现，涵盖了机器人操作、感知以及控制的关键领域。作者Peter Corke以其丰富的经验，将理论知识与实际案例相结合，提供了393张图表以辅助理解。读者不仅能够学习到MATLAB工具箱（MATLAB Robotics Algorithms Toolbox）的使用方法，还能了解到如何利用MATLAB进行高级视觉处理、传感器数据融合、路径规划和控制系统设计等核心任务。书中详细介绍了诸如机器视觉中的特征检测、图像处理、立体视觉、目标跟踪等算法，这些算法对于自动驾驶、工业机器人、无人机等领域具有重要意义。此外，作者还强调了算法的实际应用和调试技巧，使读者能够快速上手并解决实际问题。该书不仅适合机器人学和计算机视觉专业的学生和研究人员，也对工程师和开发者颇具参考价值。书中提供的额外材料可以在www.petercorke.com/RVC网站上获取，进一步增强了学习资源的完整性。版权方面，本书受德国版权法保护，所有权利保留，如需复制或重印，必须遵循1965年9月9日修订版的版权法律规定，并获得Springer出版社的明确许可。未经授权的复制可能会导致法律纠纷。《机器人学、机器视觉与控制——MATLAB算法基础》是一本实用且全面的教材，它将理论与实践紧密相连，是深入理解和掌握MATLAB在现代机器人技术中的关键角色的宝贵资源。

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Contents

12.5.2 Boundary Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

12.5.3 Hit and Miss Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

12.6 Shape Changing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

12.6.1 Cropping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

12.6.2 Image Resizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

12.6.3 Image Pyramids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

12.6.4 Image Warping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

12.7 Wrapping Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Sources of Image Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

MATLAB® Software Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

General Software Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

13 Image Feature Extraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

13.1 Region Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

13.1.1 Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

13.1.2 Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346

13.1.3 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

13.1.4 Recap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

13.2 Line Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

13.3 Point Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

13.3.1 Classical Corner Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

13.3.2 Scale-Space Corner Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371

13.4 Wrapping Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

14 Using Multiple Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381

14.1 Feature Correspondence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

14.2 Geometry of Multiple Views . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

14.2.1 The Fundamental Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388

14.2.2 The Essential Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

14.2.3 Estimating the Fundamental Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

14.2.4 Planar Homography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

14.3 Stereo Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

14.3.1 Sparse Stereo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

14.3.2 Dense Stereo Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405

14.3.3 Peak Refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

14.3.4 Cleaning up and Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

14.3.5 3D Texture Mapped Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415

14.3.6 Anaglyphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

14.3.7 Image Rectification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417

14.3.8 Plane Fitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419

14.3.9 Matching Sets of 3D Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420

14.4 Structure and Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422

14.5 Application: Perspective Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

14.6 Application: Mosaicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

14.7 Application: Image Matching and Retrieval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

14.8 Application: Image Sequence Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

14.9 Wrapping Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442

Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442

Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

Contents

Part V Robotics, Vision and Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451

15 Vision-Based Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455

15.1 Position-Based Visual Servoing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456

15.2 Image-Based Visual Servoing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459

15.2.1 Camera and Image Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460

15.2.2 Controlling Feature Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

15.2.3 Depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

15.2.4 Performance Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471

15.3 Using Other Image Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473

15.3.1 Line Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473

15.3.2 Circle Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474

15.4 Wrapping Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476

Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478

16 Advanced Visual Servoing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481

16.1 XY/Z-Partitioned IBVS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481

16.2 IBVS Using Polar Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

16.3 IBVS for a Spherical Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486

16.4 Application: Arm-Type Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488

16.5 Application: Mobile Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489

16.5.1 Holonomic Mobile Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489

16.5.2 Non-Holonomic Mobile Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491

16.6 Application: Aerial Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492

16.7 Wrapping Up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494

Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494

Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495

Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497

A Installing the Toolboxes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499

B Simulink® . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501

C MATLAB® Objects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505

D Linear Algebra Refresher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511

E Ellipses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517

F Gaussian Random Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523

G Jacobians . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527

H Kalman Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529

I Homogeneous Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533

J Graphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535

K Peak Finding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539

Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553

Index of People . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553

Index of Functions, Classes and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

General Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558

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粉丝: 6
资源: 2

MATLAB中机器人学、视觉与控制基础算法详解

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2012年版Robotics, Vision and Control MATLAB工具箱：实战算法详解

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