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《浙江大学》 2005年
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视觉导航关键技术研究:立体视觉和路径规划

陈华华  
【摘要】:陆地自主车(Autonomous Land Vehicle,简称ALV)是一种能够在道路和野外连续地、实时地自主运动的智能移动机器人,其研究涉及多个学科的理论与技术,体现了信息科学与人工智能技术的最新成果,具有重大的研究价值和应用价值,受到了世界各国的重视。在移动机器人的各项关键技术中,视觉导航的主要功能是对各种道路场景进行快速识别和理解,从而确定移动机器人的可行驶道路区域,而视觉导航技术的关键是障碍物的快速检测与识别。路径规划则根据视觉处理获得的信息,在可行区域内规划出一条安全、高效的路径。陆地自主车的行驶过程即立体视觉获取前方的路面环境信息,然后通过智能控制技术使自主车沿规划的路径行走。因此本论文旨在研究陆地自主车的立体视觉系统设计和实现,以及在视觉处理获得的信息基础上进行路径规划。 摄像机的精确定标是立体视觉研究的基础,本文第二章围绕摄像机定标对各种定标模板及其控制点、摄像机模型的优缺点进行了比较和分析,结合应用环境确定了适合于自主车的定标模板和控制点以及摄像机模型,并讨论了相应的摄像机定标方法,该方法只需要用多个任意角度的平面模板进行定标,操作过程简单,而且定标精度较高,能够较好的适合自主车导航现场环境的要求。此外,立体图像对的外极线校正是降低匹配算法复杂度必不可少的工作,在这一章中首先研究了双目立体视觉校正算法,但是其有一定的局限性,不适用于多基线立体视觉系统,由此局限性出发对此算法进行修改,将其扩展到平行三目立体视觉系统,实验结果表明,该算法正确有效并且可以推广到摄像机数目超过三个的平行多基线立体视觉系统。 第三章对立体匹配算法作了深入的研究,研究中突出了算法实时性和鲁棒性要求。对于局域匹配法,重点研究了区域法,对其各种相似性测度的准确性以及匹配窗口的大小进行了定性和定量的评估,对影响匹配结果的各种预处理和后处理作了深入的研究,并提出了多分辨率、盒滤波、并行指令、超线程、OpenMP等多种提高匹配实时性的加速方法。对全局匹配方法,研究了比较流行的动态规划方法和Graph cuts方法。对这两种全局匹配方法的准确性作了定量和定性的评估,并对这两种方法存在实时性较差的不足,提出了基于多分辨率的匹配方法,大大减少了匹配时间。 立体匹配的结果最终通过三维重建来表现,在本文第四章提出了具有实时性较高的三维重建算法,对该算法结合摄像机定标过程中的模型误差和图像噪声误差、匹配过程中的透视投影变形误差、非校准误差、系统误差、量化误差以及双目视觉系统的误差模型对重建的误差进行了分析,并提出了误差修正算法,通过实例验证了该修正算法可以减少重建误差。在重建算法的基础上,结合自主车GPS/INS提供的车体位置和姿态,对越野环境的地貌进行了全局地图构建,通过实例验证表明构建的全局地图基本符合了真实三维场景。自主车的安全行驶除了需要三维重建提供正确的道路信息以外,还必须根据道路信息为自主车找到一条安全、高效的免碰撞路径,这一任务由路径规划来完成。针对传统自主车路径规划算法存在对环境适应能力差、易落入局部最小点等问题,提出了采用遗传算法来动态避障和规划路径。由于标准遗传算法存在容易产生早熟收敛的问题,对标准遗传算法进行了改进,提出了改进型遗传算法,该算法收敛于全局最优,并在此基础上提出了动态避障的路径规划算法,通过 对算法的仿真,表明该规划算法可以稳定地产生最优路径和实施动态避障,并具有较高的实 时性,符合了白主车实时导航的要求,而且该算法产生的路径比采用标准遗传算法的路径规 划产生的路径史短。 关键词:陆地自主车,立体视觉,摄像机定标,外极线校正,区域法匹配,动态规划,graph cute,_二维重建,路径规划
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP242

知网文化
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 滕爽;双目立体视觉中摄像机自标定方法研究[D];东北师范大学;2011年
3 王玲玲;基于双目立体视觉的水下三维重建[D];浙江大学;2011年
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6 吴立珍;ALV超声测障技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
7 宋琪;基于无人越野驾驶自主导航车辆的路径规划研究[D];吉林大学;2008年
8 卜范骞;基于智能空间的服务机器人定位与构图技术研究[D];山东大学;2008年
9 刘钊;多传感器时空一致及其信息融合技术研究[D];国防科学技术大学;2008年
10 靳霖霖;面向泊车的超声检测技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 李文煜,程湘爱,赵伊君;TDI-CCD的特性及改进方法分析[J];半导体光电;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 刘吉成;汪熙;王仲;刘爱勇;;基于虚拟环境的摄像机定标中的矩阵研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
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5 陈海燕;郭克华;王洪南;赵春霞;;基于各向异性分布偏微分方程的路面图像平滑技术[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
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7 严骏驰;朱梦源;刘允才;;基于多目视觉的三维人体运动捕获和渲染[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
8 张楠;潘振宽;魏伟波;李媛媛;徐凯;;小位移变分光流计算的分裂方法[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
9 王坤坤;尹怡欣;;基于一种改进PSO的移动机器人路径规划[A];2006年首届ICT大会信息、知识、智能及其转换理论第一次高峰论坛会议论文集[C];2006年
10 马云;王宏义;董文娟;王卫华;陈曾平;;基于CCD传感器的空间目标探测可重构高速图像处理机设计[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 赵猛;大屏幕多人沉浸式立体显示系统[D];大连海事大学;2010年
3 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
4 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
5 董杰;基于单目视觉的散焦测距算法的研究[D];中国海洋大学;2010年
6 肖洁;视觉注意模型及其在目标感知中的应用研究[D];华中科技大学;2010年
7 朱清波;序列图像三维重建方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
9 魏榛;扑翼非定常气动力实验研究及相关应用探索[D];中国科学技术大学;2010年
10 王富治;视觉检测的几个关键问题研究[D];电子科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张淑芳;基于LabVIEW的便携式汽车仪表检测仪的研制[D];安徽工程大学;2010年
2 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
3 张聪炫;基于蚁群算法由直线光流场重建三维结构的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 袁猛;基于变分理论的光流计算技术研究[D];南昌航空大学;2010年
5 徐成功;智能CCD垂线坐标仪[D];山东科技大学;2010年
6 郑莉;DSP在集装箱加强板焊接定位系统中的应用[D];山东科技大学;2010年
7 徐元;基于双目立体视觉的匹配算法研究[D];山东科技大学;2010年
8 孙冰;轴承滚子外径非接触检测系统及算法的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
9 曹自然;大型板类零件孔形位尺寸检测系统[D];长春理工大学;2010年
10 谢斌;红外瞄具零位走动量测试系统研究[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 黄增荣;秦会斌;黄博志;;超声测距中的伪随机码渡越时间的捕获[J];传感技术学报;2006年03期
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴东晖;智能移动机器人的视觉导航技术[D];浙江大学;2001年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贺席兵;信息融合中多平台多传感器的时空对准研究[D];西北工业大学;2001年
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3 段华;基于双目立体视觉的计算机三维重建[D];南京航空航天大学;2003年
4 石继雨;机器人双目立体视觉技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
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7 余洪山;主动立体视觉关键技术及其应用研究[D];湖南大学;2004年
8 廖素英;实时双目立体视觉研究[D];电子科技大学;2005年
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10 简盈;大作用距离超声测距技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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2 吴皓;田国会;陈西博;张涛涛;周风余;;基于机器人服务任务导向的室内未知环境地图构建[J];机器人;2010年02期
3 寇雪芹;谷立臣;闫小乐;琚晓涛;;基于虚拟仪器的超声信号测量及测距研究[J];计算机工程与应用;2012年06期
4 吴皓;田国会;王家超;周风余;;室内非结构化环境三维栅格语义地图的构建[J];模式识别与人工智能;2012年04期
5 田光兆;安秋;姬长英;顾宝兴;王海青;赵建东;;基于Gray-EKF算法的智能农业车辆同时定位与地图创建[J];农业工程学报;2012年19期
6 佘科;谢红;;基于WNN的双目摄像机标定方法[J];应用科技;2010年11期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 耿盛涛;基于双目视觉的机器人目标检测与跟踪研究[D];江南大学;2010年
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8 薛长松;基于DM642的双目视觉控制系统研究[D];河南大学;2007年
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10 廖一;基于超声的障碍检测与识别技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
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中国期刊全文数据库 前10条
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5 李德广;李科杰;高丽丽;;基于多尺度多方向相位匹配的立体视觉方法[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
6 胡志萍;欧宗瑛;李云峰;;海上工作平台固定用导管架下水运动参数立体视觉测定[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余晓菲;Randot立体视检测图对弱视儿童立体视锐度的临床观察[D];浙江大学;2008年
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6 沙里瓦特;显微立体视觉中的匹配技术研究[D];大连理工大学;2005年
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10 余洪山;主动立体视觉关键技术及其应用研究[D];湖南大学;2004年
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