全方位视觉技术及其在智能移动机器人等领域的应用研究

论文摘要

全方位视觉感知，又称全景视觉、全视觉，是指一次获得大于半球视场(360°×180°)的三维空间的全部视觉信息，是近几年被广泛关注、热门研究的视觉感知技术。由于其视域开阔，对于民用、军事还有宇航空间领域中的依赖于视觉信息做出决策的各行业都具有非常重要的意义。 由于全方位视觉是一门新兴的技术，目前对于其基础理论的研究还不成熟，应用方面也有许多关键技术有待解决。针对国内外全方位视觉的研究现状，本文开展了全方位视觉技术及应用的研究。首先，对现有的全方位视觉成像方法进行了简单评价，对于利用反射镜的单视点折反射成像模型与约束条件进行了理论推导，从原理上解释了利用曲面反射镜可以获得视场增强效果的物理本质。 针对已有的全景图像柱面展开逐点解算的方法，进行了解算效率的分析，对原算法进行了修正，提出了快速二次逆向还原解算法，在不改变图像还原效果的前提下，减少了解算的次数，提高了解算的速度。 为解决全景图像柱形平展解算应用于开阔场景时，对于任意分布的局部景象存在比较严重的失真问题。本文提出了基于主视点的视窗平面图像还原解算法，使得解算后图像在这一情况下的失真得以改善。实验结果显示，相对于视觉系统主轴而言呈非直立分布的景物，视窗平面内的还原图像优于柱形还原成像的视觉效果，而直立分布景物的还原效果与柱形还原相同，同时还实现了对局部敏感区域的放大观察。并将本文提出的图像还原解算方法应用于实验室内人体运动目标的识别与跟踪实验的显示界面，对采集到的连续视频图像实时进行解算，实现了对视场全局的观察和运动目标的局部监视。在此基础上进一步，又提出了球形还原成像法，给出了解算的具体算法。使得还原解算后的图像对于视场空间内非整体结构零散分布的景物，更容易估计其方位信息，成像的局部效果接近视窗平面还原法。 为将全视觉技术应用于智能移动机器人，论文针对机器人定位与导航问题开展了研究。根据全景视觉的特点，提出了利用单帧全景图像中多路标特

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 计算机视觉概述
• 1.2 机器人视觉概述
• 1.3 全方位视觉感知技术及其应用
• 1.3.1 全方位视觉感知技术的意义
• 1.3.2 全方位视觉感知技术的研究现状
• 1.4 论文选题的来源及主要研究内容
• 第2章 全方位视觉成像基本原理
• 2.1 全方位视觉成像介绍
• 2.2 利用反射镜的全方位成像技术
• 2.3 符合小孔成像原则的单视点折反射系统约束方程
• 2.3.1 平面镜
• 2.3.2 双曲面反射成像
• 2.3.3 圆锥曲面反射成像
• 2.3.4 抛物面反射成像
• 2.3.5 球面反射成像
• 2.3.6 椭球面反射成像
• 2.4 透视成像几何模型
• 2.5 带有双曲线旋转体反射镜的全景摄像机模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 双曲面反射全景图像的还原解算及应用
• 3.1 全景图像中心的估计
• 3.1.1 基于圆形图像几何特征的图像中心估计
• 3.1.2 基于全景图像成像特征的中心估计
• 3.1.3 基于Hough变换的图像中心估计
• 3.2 基于图像中心的全景图像快速还原解算
• 3.2.1 基于图像中心的一次快速解算
• 3.2.2 基于图像中心的二次快速解算
• 3.3 基于主视点的视窗平面像图还原解算
• 3.4 基于主视点的球面成像还原解算方法
• 3.5 全景图像柱形还原解算和视窗平面还原解算的应用
• 3.6 本章小结
• 第4章 嵌入式视觉图像采集处理平台的设计与实现
• 4.1 硬件系统设计总体结构及特点
• 4.2 DSP处理器及其外围器件的选择及接口设计
• 4.2.1 视频解码电路设计
• 4.2.2 TMS320C6713型DSP处理器
• 4.2.3 DSP与模数转换器接口设计
• 4.2.4 DSP与外部存储器接口设计
• 4.2.5 DSP与机器人CPU的通讯接口设计
• 4.2.6 FPGA逻辑设计
• 4.3 系统软件总体结构
• 4.4 本章小结
• 第5章 利用全视觉的智能移动机器人定位与导航
• 5.1 自行动机器人导航定位系统介绍
• 5.2 实验用智能移动机器人技术描述
• 5.3 机器人运动模型
• 5.3.1 机器人运动分析
• 5.3.2 GAIA—2的简化运动模型
• 5.4 移动机器人推算定位
• 5.4.1 推算定位的算法原理
• 5.4.2 推算定位仿真实验
• 5.5 利用全景视觉的自行动机器人定位
• 5.5.1 三角定位原理
• 5.5.2 利用全方位视觉信息的自行动机器人定位
• 5.6 全景视觉与推算方法的融合定位
• 5.7 本章小结
• 第6章 图像压缩及无线ATM传输方案研究
• 6.1 数据图像压缩基本理论及JPEG2000新标准简单介绍
• 6.1.1 JPEG2000的基本框架
• 6.1.2 图像数据预处理
• 6.1.3 彩色分量转换
• 6.1.4 数据片分量的离散小波变换
• 6.1.5 量化
• 6.1.6 位平面建模
• 6.1.7 算术熵编码
• 6.2 离散小波变换DWT算法及图像压缩的实现
• 6.3 ATM及WATM系统介绍
• 6.3.1 ATM系统简介
• 6.3.2 WATM系统介绍
• 6.3.3 WATM协议模型
• 6.4.4 WATM中的差错控制
• 6.4 无线突发信道中ATM性能分析
• 6.4.1 无线突发信道的建模
• 6.4.2 ATM无线连接性能估计
• 6.5 无线通信中的交织技术
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历