基于全景视觉序列图像的二维栅格地图创建研究

论文摘要

本文针对智能移动车视觉导航功能的实现,以合作项目“月球探险漫游车自主导航设备的开发”第一期为研究平台,开发出了基于全景视觉序列图像的地图创建系统,主要是根据色彩信息重建探测车当前所处环境的二维栅格地图,提供路径规划的地图信息。该系统通过全景视觉摄像机获得车体四周360度的全景图像,然后通过全景摄像机标定得到的标定参数,对采集到的原始畸变图像进行校正,得到以地面为参照的俯视图。接下来对完成畸变校正的俯视图采用基于Mean Shift理论进行颜色聚类的图像分割方法实现图像的区域分割。然后根据色彩信息将分割得到的区域分成可通过区域和不可通过区域(包括彩色路标信息),依靠区域的通过性得到栅格地图。并且对分割得到的色块进行提取和匹配,提取彩色路标信息进行自定位,通过分析两幅连续图像中车子位移关系将由两幅图片得到的局部栅格地图进行融合拼接,最终获得观测范围的栅格地图,用于探测车的路径粗规划(约10米范围的路径规划)。该地图创建系统选用全景摄像机为主要硬件,以VC6.0为软件开发平台,实现了畸变图像的还原,图像序列的路标提取与匹配,车体自定位及二维栅格地图创建等功能。该全景视觉系统与双目视觉系统相配合(其中双目立体视觉用来实现探测车的自主实时避障功能),实现探测车的视觉导航功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景
• 1.3 移动机器人地图创建发展概况
• 1.3.1 常见的环境地图模型
• 1.3.2 地图创建方法
• 1.4 全景视觉发展概况
• 1.5 课题意义与主要研究内容
• 1.5.1 课题意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 视觉导航系统总体方案设计
• 2.1 视觉导航系统方案设计
• 2.1.1 视觉导航任务需求分析及方案大纲
• 2.1.2 视觉导航系统硬件设计
• 2.1.3 视觉导航系统软件设计
• 2.1.4 通信模块的设计
• 2.2 全景视觉地图创建系统方案设计
• 2.2.1 全景视觉系统功能分析
• 2.2.2 全景视觉摄像机
• 2.2.3 全景视觉地图创建系统软件设计
• 2.3 小结
• 第三章全景摄像机标定及其俯视图还原
• 3.1 摄像机标定
• 3.1.1 摄像机标定的定义
• 3.1.2 传统摄像机标定算法原理
• 3.1.3 全景摄像机标定的算法原理
• 3.1.4 全景摄像机标定的实施方法与过程
• 3.1.5 标定结果与分析
• 3.2 基于摄像机标定结果的俯视图还原
• 3.2.1 俯视图还原的定义与意义
• 3.2.2 俯视图还原的方法与过程
• 3.2.3 俯视图还原实验结果与误差分析
• 3.3 小结
• 第四章 图像分割及其局部二维栅格地图创建
• 4.1 基于MEAN SHIFT 的图像分割
• 4.1.1 Mean shift 理论
• 4.1.2 图像分割中色彩空间的选择
• 4.1.3 图像基于Mean Shift 理论在LUV 色彩空间的分割
• 4.2 局部二维栅格地图的创建
• 4.2.1 区域特征提取
• 4.2.2 区域类型判断
• 4.2.3 获得局部二维栅格地图
• 4.2.4 基于栅格地图模型的路径规划
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 图像分割结果与分析
• 4.3.2 局部栅格地图创建与路径规划实验
• 4.4 小结
• 第五章 车体定位与全局栅格地图创建
• 5.1 基于可视路标的地图创建与定位
• 5.1.1 基于可视路标的地图创建研究概况
• 5.1.2 基于可视路标的自定位研究概况
• 5.1.3 基于未知环境路标的自定位与地图创建
• 5.2 未知环境中的车体自定位
• 5.2.1 路标组特征提取与匹配
• 5.2.2 三点定位方法
• 5.2.3 定位路标放置位置分析
• 5.2.4 定位信息处理
• 5.3 基于车体位置信息的全局栅格地图创建
• 5.3.1 全局栅格地图创建方法
• 5.3.2 全局栅格地图创建具体步骤
• 5.4 基于移动机器人运动平台的仿真实验
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 参加的科研项目