基于全景视觉与激光测距的机器人目标跟踪方法的研究

论文摘要

移动机器人运动目标跟踪是机器人研究领域内的一个热点问题,作为一门跨学科的前沿技术,它融合了众多领域的知识,对它的研究有一定的理论意义。精确可靠的目标跟踪技术可以广泛地应用在军事、民用和科研等领域,有一定的应用价值。在移动机器人运动目标跟踪技术中,目标跟踪的实时性与精确性一直是亟待解决的问题。本文将全景视觉与激光测距传感器合理地应用于移动机器人,提高了机器人跟踪运动目标的实时性与可靠性。首先,通过运动目标检测算法实现目标检测。本文对全景图像进行实时、有效地展开,保证了运动目标跟踪的实时性要求。分别对实时展开的序列图片和激光测距仪测得的实时序列数据运用帧差法,去除噪声后检测出运动目标区域,对单传感器检测出的目标信息进行有效地融合,精确可靠地检测出运动目标。其次,采用运动目标颜色特征提取算法确定目标特征采样点并提取目标颜色特征。在前面检测出来的运动目标区域内,通过多传感器的融合信息和颜色特征采样策略确定运动目标上的单一采样点,再以此采样点为中心的邻域内,提取出与该采样点颜色相近点集的平均颜色,此颜色即为运动目标的特征颜色。最后,运用运动目标跟踪算法实现目标的定位与跟踪。确定目标跟踪窗口并以目标特征颜色为依据填充跟踪窗口,将跟踪窗口内对应的目标颜色进行水平投影,根据激光测得的实时数据增强其投影强度。根据投影出现的情况确定目标的具体方位与距离信息。根据目标相对于机器人的位置及时调整跟踪策略,使移动机器人实时、有效地跟踪运动目标。在静止障碍物出现时能有效地避障,目标丢失时间过长时机器人停止跟踪。实验结果表明,本文的运动目标检测算法在保证实时性要求的基础上可以准确可靠地检测出运动目标；运动目标颜色特征提取算法能快速有效地提取和增强运动目标的颜色特征；运动目标跟踪算法能够提高移动机器人运动目标跟踪的实时性与鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 机器人运动目标跟踪的研究现状
• 1.2.1 基于单传感器的运动目标跟踪
• 1.2.2 基于多传感器的运动目标跟踪
• 1.3 研究内容与主要工作
• 1.4 本文结构
• 第2章 移动机器人运动目标检测
• 2.1 引言
• 2.2 运动目标检测的基本方法
• 2.2.1 单传感器目标检测
• 2.2.2 多传感器目标检测
• 2.3 运动目标颜色特征提取的基本方法
• 2.4 运动目标检测与颜色特征提取的实现方法
• 2.4.1 全景视觉传感器目标检测
• 2.4.2 激光测距传感器目标检测
• 2.4.3 全景视觉与激光测距传感器目标检测
• 2.4.4 全景视觉与激光测距传感器特征提取
• 2.5 本章小结
• 第3章 移动机器人运动目标跟踪
• 3.1 引言
• 3.2 运动目标跟踪的基本方法
• 3.2.1 单传感器目标跟踪
• 3.2.2 多传感器目标跟踪
• 3.3 运动目标跟踪的实现方法
• 3.3.1 视觉与激光传感器目标定位
• 3.3.2 视觉与激光传感器目标跟踪
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验及结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 AS-R移动机器人平台
• 4.3 运动目标检测
• 4.3.1 单传感器目标检测
• 4.3.2 多传感器目标检测
• 4.3.3 颜色特征提取
• 4.4 运动目标跟踪
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢