面向室外環(huán)境的移動(dòng)機(jī)器人場(chǎng)景識(shí)別與建模.pdf

1、隨著移動(dòng)機(jī)器人種類及應(yīng)用環(huán)境的不斷增加，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從結(jié)構(gòu)化室內(nèi)環(huán)境逐步向準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化室外環(huán)境拓展。作為移動(dòng)機(jī)器人定位、導(dǎo)航及環(huán)境探索等研究的基礎(chǔ)，面向室外環(huán)境的場(chǎng)景識(shí)別與建模已成為移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文從三維場(chǎng)景中階梯目標(biāo)的檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)問(wèn)題入手，進(jìn)而對(duì)室外典型場(chǎng)景的分類與地形建模問(wèn)題展開(kāi)深入研究，從而為移動(dòng)機(jī)器人的室外自主環(huán)境適應(yīng)提供技術(shù)支持。
　　在移動(dòng)機(jī)器人自主導(dǎo)航中，階梯目標(biāo)既可能被視為障礙物，也可能

2、成為備選通路，還可能作為定位和導(dǎo)航的重要標(biāo)識(shí)物。針對(duì)階梯目標(biāo)結(jié)構(gòu)的多樣性以及三維激光點(diǎn)云分布的不確定性，提出一種基于階梯拓?fù)淠Ｐ秃湍：碚摰淖赃m應(yīng)階梯目標(biāo)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)方法。根據(jù)階梯剖面模型的拓?fù)潢P(guān)系，提出一種基于角度直方圖算法的階梯邊緣點(diǎn)檢測(cè)方法，提高了階梯邊緣位置估計(jì)的精度。采用同級(jí)線段提取與跨級(jí)線段接合策略，可實(shí)現(xiàn)候選階梯邊緣線集合的有效構(gòu)建。通過(guò)模糊變換和自適應(yīng)模糊推理實(shí)現(xiàn)各級(jí)候選階梯邊緣線之間的級(jí)聯(lián)概率估計(jì)，并采用模擬退火算

3、法搜索全局最優(yōu)的候選階梯邊緣線組合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)階梯三維模型的有效構(gòu)建。
　　車體抖動(dòng)及光照條件變化都會(huì)顯著影響視覺(jué)圖像的質(zhì)量。在利用Gabor濾波進(jìn)行圖像增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，采用Canny算子實(shí)現(xiàn)階梯邊緣檢測(cè)。提出局部融合相位編組法以增強(qiáng)低質(zhì)量圖像中邊緣線提取的魯棒性。經(jīng)過(guò)邊緣線段的接合與過(guò)濾，可獲得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制所需的偏移量參數(shù)。通過(guò)單目視覺(jué)圖像與三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征級(jí)融合，提高機(jī)器人階梯檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)的可靠性。
　　對(duì)于具有

4、一定越障能力的移動(dòng)機(jī)器人，地形分類與地形建模是判別環(huán)境可通過(guò)性的重要依據(jù)。針對(duì)室外地形復(fù)雜程度的差異，提出一種分級(jí)的地形分類與幾何建模方法，為移動(dòng)機(jī)器人的場(chǎng)景識(shí)別與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供參考。基于分層高程地圖的地形表示方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)平坦路面上的可通行區(qū)域與障礙區(qū)域的快速判別。通過(guò)模糊推理生成一種表示自然場(chǎng)景內(nèi)在模糊性的高級(jí)特征，并根據(jù)極大熵原理實(shí)現(xiàn)三維點(diǎn)云地形的分類，從而提高復(fù)雜地形條件下可通過(guò)性判別的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，利用地形片段的語(yǔ)義分割算