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基于地面轨线的单目机器人视觉导航系统设计

杨春晖  
【摘要】: 地面轨线检测与跟踪是机器人视觉导航控制基本技术之一。本文构建了一个由摄像头、数字信号控制器(DSC)以及由步进电机驱动的移动机构所组成的单目机器人视觉导航系统,在轨线参数未知的情况下,根据实时拍摄的JPEG图像,实现机器人对地面轨线的跟踪导航。 JPEG图像解码采用了基于查表法的二维8×8离散余弦逆变换(IDCT),算法的设计消除了IDCT中所需的乘法运算,并利用图像数据的特点和基本图像的对称性大大减少加法的次数,提高了计算速度。为消除图像中的噪声干扰,采用了改进的中值滤波算法。算法不需要排序,有效降低了中值滤波的时间复杂度,满足了图像实时处理的要求。 为能够有效解决参考轨线实时提取问题,根据轨线的宽度在图像中具有均匀一致的特性,提出了一种快速的参考轨线检测算法。结合基元检测法,改进Hough变换算法,得到轨线的直线方程在参数空间的映射参数。 系统从图像数据中提取参考轨线的方向偏差参数和距离偏差参数作为系统状态控制的输入,并根据方向偏差参数的值将机器人的运动分为调整态和稳定态,对两个运动状态采取不同的控制策略,从而实现了对移动机器人的运动控制。为改善控制性能,利用射影变换把参考轨线参数从图像坐标系映射到机器人坐标系,以消除由于摄像机倾角较大而引起的图像畸变。 经过在实际场地进行的运行试验表明,该系统能够对任意形状的参考轨线进行满意地跟踪,达到了预期的效果。


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