适用于自主移动车辆的环境感知的单目视觉导航方法技术

适用于自主移动车辆的环境感知的单目视觉导航方法，首先测量相机畸变内参数，将相机安装到自主移动车辆上，确定像平面坐标系到世界坐标系的转换关系；然后记录当前车体姿态，在当前车体可视范围内采集图像，将图像回传至图像操作界面，确定车体的行走方式对采集图像进行畸变校正，选择路径以及路径上的路径点，将车体当前位置和选择的路径点根据坐标转换关系换算到世界坐标系下，将结果发给车体，并将拟定路径以车体宽度的形式显示在图形操作界面上；车体根据自主避障或路径点跟踪方式进行行走，直至到达当前可视范围内最后一个路径点，后从采集图像开始循环，直至到达最终的目标点。本发明专利技术将单目测量方法应用到未知环境中的视觉导航。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
自主移动车辆的一个关键技术是对周围环境的感知。主要包括周围未知环境的三维坐标恢复以及障碍的识别，从而保证导航控制系统正常工作，并使车辆能安全行走和到达指定目标点完成科学探测任务。为了增强自主车辆的环境感知能力，提高其自主规划能力，从而实现自主导航，国内多家单位都对多目立体视觉技术进行了广泛研究，但是由于计算机视觉理论在自主移动车辆应用方面的研究还不成熟，算法的精度和匹配的难题未得到根本解决，在工程应用上产生瓶颈。较之双目立体视觉，利用单个相机根据图像表象特征进行导航的方法也研究颇多，取得了一些实际场景下的应用。但是由于单目三维测量从理论上来讲是不完备的，缺少一个输入条件，所以所见到的单目用于车体导航的算法多是在半结构化或已知场景中的应用，还未见到关于单目测量在未知环境的自主漫游车上导航的相关报告。中国专利公开号CN1569558，公开日2005年1月26日，专利技术创造名称为基于图像表现特征的移动机器人视觉导航方法，该申请案公开了一种通过单幅摄像头获得的机器人所处位置的场景图像来完成导航的方法，该方法必须提前获得已知的构建好的场景地图。中国专利公开号CN1873656，公开日2006年12月6日，专利技术创造名称为机器人视觉导航中的自然目标检测方法，该申请案公开了一种对图像中的自然目标完成提取来进行导航的方法，该方法需要在离线状态下车行走之前，建立自然目标的模型才可以进行。专利技术的内容本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种，该方法将单目测量方法应用到未知环境中，通过实时修正跟踪路径，保证达到目标点的精度，并通过自主避障行走方式，保证车体的安全行驶。本专利技术的技术解决方案是，其特征在于包括下列步骤(1)测量相机畸变的内参数，测量后将相机安装到自主移动车辆上，确定像平面坐标系到世界坐标系的转换关系；(2)记录当前车体姿态，在当前车体可视范围内采集图像，并将采集的图像回传至图形操作界面，根据目标位置及图像情况选择车体行走方式，然后对采集得到的图像进行畸变校正，使校正后的图像满足小孔成像原理，根据畸变校正后的图像选择行走路径以及路径上的路径点，将车体当前位置和选择的路径点根据步骤(1)所述的像平面坐标系到世界坐标系的转换关系换算到世界坐标系下，将换算结果发给车体，并将选择的路径以车体宽度的形式显示在图形操作界面上；(3)车体沿着拟定路径行走，当步骤(2)中车体选择路径点跟踪行走方式时，实时修正路径点在世界坐标系下的坐标值，直至到达当前可视范围内最后一个路径点；当步骤(2)中车体选择自主避障行走方式时，将相机俯仰到指定角度对当前场景拍照，对场景中障碍物进行区域分割，识别障碍区域，估算障碍高度，规划绕开障碍的路径，车体按照规划的路径行走，直至到达当前可视范围内最后一个路径点；(4)当车体到达当前可视范围内最后一个路径点时，从步骤(2)开始循环执行，直至车体到达最终目标位置。所述步骤(3)中车体行走过程中还定期采集图像，将图像回传至图形操作界面后对图像进行畸变校正，并将根据当前车体位置、姿态将车体修正或规划的路径点显示在图形操作界面上，当车体没有避开障碍物时，对车体发送紧急停车指令。本专利技术与现有技术相比有益效果为(1)本专利技术采用单目视觉导航方法与双目立体视觉相比，简化计算，满足实时性要求，稳定性好。(2)本专利技术将单目测量方法应用到未知环境中与现有的已知场景地图下的单目导航方法比较，适用于非结构化的未知场景，有效提高跟踪的精度。(3)本专利技术由于采用基于量化图形的遥操作方法，在遥端显示规划的轨迹和标准的场景网格信息于图像上，方便操作，更好的保证了安全性。附图说明图1为本专利技术方法流程图；图2为本专利技术图像畸变校正的示意图；图3为本专利技术单目投影坐标转换的示意图；图4为本专利技术单目投影坐标实时修正的示意图；图5为本专利技术自主进行障碍高度识别的原理图；图6为本专利技术自主避障的效果图；图7为本专利技术量化图形显示的效果图。具体实施例方式如图1所示，为本专利技术方法流程图，具体步骤如下(1)测量相机畸变的内参数，测量后将相机安装到自主移动车辆上，确定像平面坐标系到世界坐标系的转换关系；(2)记录当前车体姿态，在当前车体可视范围内采集图像，并将采集的图像回传至图形操作界面，根据目标位置及图像情况选择车体行走方式，然后对采集得到的图像进行畸变校正，使校正后的图像满足小孔成像原理，根据畸变校正后的图像选择行走路径以及路径上的路径点，将车体当前位置和选择的路径点根据步骤(1)所述的像平面坐标系到世界坐标系的转换关系换算到世界坐标系下，将换算结果发给车体，并将选择的路径以车体宽度的形式显示在图形操作界面上；如图2所示，o-Xlc-Ylc-Zlc代表相机坐标系，u-v-f代表像平面坐标系，P为实际点，P′为P在像平面内的对应点，所拍摄的图像满足小孔成像的原理，可以推导出如下满足像素坐标与相机光心坐标的公式。udxf=ylcxlcvdyf=zlcxlc]]>设xlc＝t，得到成像公式的参数方程xlcylczlc=1u·dxfv·dyf*t]]>(式1)其中u、v分别为像素的横坐标和纵坐标，dx为CCD靶面u方向上的一个像素的实际长度，dy为CCD靶面v方向上的一个像素的实际长度。这是单目投影的基本原理，在小孔模型下，将图像坐标系投影到需要计算的平面上，得到像素点在该平面下的三维坐标。但在实际的应用中，由于镜头的光学畸变等因素，成像很难满足小孔成像。所以在进行上述公式的转换之前，必须对图像进行主要的一些畸变参数校正，使其尽量满足小孔成像原理，再套用上述公式进行计算。本专利技术主要考虑镜头的三种畸变径向畸变、偏心畸变和像平面畸变。公式如下 x＝(x-x0) y＝(y-y0)r2＝x2+y2Δxr=K1x‾r2+K2x‾r4+K3x‾r6+···Δyr=K1y‾r2+K2y‾r4+K3y‾r6+···]]>Δxd=p1(r2+2x‾2)+2p2x‾×y‾Δyd=p2(r2+2y‾2)+2p1x‾×y‾]]>Δxm=b1x‾+b2y‾Δym=0]]>x′=x+Δxr+Δxd+Δxmy′=y+Δyr+Δyd+Δym]]>其本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于自主移动车辆的环境感知的单目视觉导航方法，其特征在于包括下列步骤：（１）测量相机畸变的内参数，测量后将相机安装到自主移动车辆上，确定像平面坐标系到世界坐标系的转换关系；（２）记录当前车体姿态，在当前车体可视范围内采集图 像，并将采集的图像回传至图像操作界面，根据目标位置及图像情况选择车体行走方式，然后对采集得到的图像进行畸变校正，使校正后的图像满足小孔成像原理，根据畸变校正后的图像选择行走路径以及路径上的路径点，将车体当前位置和选择的路径点根据步骤（１）所述的像平面坐标系到世界坐标系的转换关系换算到世界坐标系下，将换算结果发给车体，并将选择的路径以车体宽度的形式显示在图形操作界面上；（３）车体沿着选择路径行走，当步骤（２）中车体选择路径点跟踪行走方式时，实时修正路径点在世界坐标系下的 坐标值，直至到达当前可视范围内最后一个路径点；当步骤（２）中车体选择自主避障行走方式时，将相机俯仰到指定角度对当前场景拍照，对场景中障碍物进行区域分割，识别障碍区域，估算障碍高度，规划绕开障碍的路径，车体按照规划的路径行走，直至到达 当前可视范围内最后一个路径点；（４）当车体到达当前可视范围内最后一个路径点时，从步骤（２）开始循环执行，直至车体到达最终目标位置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛晓艳，张晋，陈建新，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]