月球探測(cè)車立體視覺系統(tǒng)研究.pdf

1、月球探測(cè)車是用于復(fù)雜地形探測(cè)的移動(dòng)機(jī)器人，是人工智能、自動(dòng)控制、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科、高新技術(shù)的結(jié)晶，具有重大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，受到了世界各國(guó)的重視。在月球車的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中，立體視覺系統(tǒng)的主要功能是對(duì)月球表面復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行有效的感知和信息融合，完成圖象的獲取、像點(diǎn)匹配、障礙物識(shí)別與定位、三維場(chǎng)景重構(gòu)和深度圖生成等，以便實(shí)現(xiàn)月球車在未知環(huán)境里的自主導(dǎo)航和避障。
　　在一定的計(jì)算能力下，視覺系統(tǒng)的速度和精度是一對(duì)矛

2、盾。如何平衡兩個(gè)性能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問題。針對(duì)這一問題，本文提出了月球車立體視覺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。在保障月球車安全自主避障和導(dǎo)航的任務(wù)要求下，將視覺系統(tǒng)的基本性能與月球車的機(jī)動(dòng)性能相結(jié)合，分析了視覺系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，建立了一系列配置方程，利用這些方程選擇合適的配置參數(shù)，達(dá)到優(yōu)化性能參數(shù)的目的。
　　雙目視覺的精確標(biāo)定是立體視覺算法的基礎(chǔ)。針對(duì)月球車的應(yīng)用背景，本文研究一種基于平面模板的攝像機(jī)在線標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)月球車視覺系統(tǒng)的

3、快速、精確標(biāo)定。由于月球車立體視覺系統(tǒng)具有大畸變的特點(diǎn)，研究消除立體圖象對(duì)的非線性畸變是必要的。通過雙目視覺的外極線校正，可以將匹配的搜索空間由二維降低到一維。為此，本文研究一種緊湊的立體圖象極線校正方法，根據(jù)攝像機(jī)標(biāo)定的內(nèi)外參數(shù)，對(duì)左右圖象對(duì)進(jìn)行極線校正。
　　立體匹配是視覺算法的核心。本文首先對(duì)目前各種匹配算法進(jìn)行分類，然后結(jié)合視覺避障導(dǎo)航的應(yīng)用背景，突出應(yīng)用環(huán)境對(duì)算法的準(zhǔn)確性、魯棒性和實(shí)時(shí)性的要求，對(duì)局部匹配算法和全局匹配算

4、法進(jìn)行比較研究。在局部匹配算法中對(duì)區(qū)域法的各種相似性測(cè)度的準(zhǔn)確性以及匹配窗口的大小進(jìn)行定性和定量的評(píng)估；在全局匹配算法中，研究動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法和GraphCuts方法，對(duì)這兩種方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行定量和定性的評(píng)估。為了提高結(jié)果的準(zhǔn)確性和魯棒性，對(duì)立體匹配進(jìn)行預(yù)處理和后處理是必要的，包括消除左右圖象亮度差異的LOG濾波、檢測(cè)遮擋的左右一致性校驗(yàn)、及消除誤匹配的blob濾波和中值濾波算法。為了研究比較各算法的性能，本文采用一種立體匹配算法的評(píng)估方法