一種基于主動結構光的巡視器障礙探測方法
【專利摘要】一種基于主動結構光的巡視器障礙探測方法，實現(xiàn)步驟包括環(huán)境感知、激光點提取、激光點快速匹配、激光點三維恢復、障礙判斷。本發(fā)明能夠在陰影區(qū)域或者缺乏紋理特征區(qū)域進行環(huán)境感知；利用結構光的先驗信息進行快速匹配和三維恢復，計算量小，處理時間短，能夠實現(xiàn)障礙物的快速識別和判斷，可應用于巡視探測器或移動機器人的在線實時障礙探測。
【專利說明】一種基于主動結構光的巡視器障礙探測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種障礙判斷方法，適用于在月球、火星等外星球表面進行探測任務的巡視器的障礙識別，也可用于在野外惡劣環(huán)境進行作業(yè)的移動機器人的障礙識別。
【背景技術】
[0002]對于配備雙目立體視覺系統(tǒng)進行探測任務的巡視器來說，一般情況下，巡視器利用視覺系統(tǒng)對其所處的環(huán)境采集圖像，經過立體匹配處理獲取環(huán)境的三維信息。但是，當探測目標處于陰影區(qū)域，或者探測區(qū)域缺乏足夠的紋理特征時，相機無法對清晰成像，導致無法獲取準確的三維信息，使得巡視器無法進行障礙識別，從而影響巡視器正常完成探測任務。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于主動結構光的巡視器障礙探測的方法，該方法能夠在陰影區(qū)域或者缺乏紋理特征區(qū)域進行環(huán)境感知，實現(xiàn)障礙物的快速識別和判斷。
[0004]本發(fā)明技術解決方案:一種基于主動結構光的巡視器障礙探測方法，實現(xiàn)步驟如下:
[0005](I)環(huán)境感知
[0006]在巡視器上安裝能夠投射出結構光的激光點陣器，根據(jù)巡視器所處的環(huán)境和激光點陣器的性能，設置相機積分時間，對巡視器的探測區(qū)域進行成像，獲取含有一組激光點的左右相機圖像對；對左右相機圖像對進行分析，如果發(fā)現(xiàn)圖像中激光點光斑不清晰，或者圖像中有雜散光，則應該調整相機積分時間并重新成像，直到獲取到激光點光斑清晰的圖像；
[0007](2)激光點提取
[0008]對步驟(1)中獲得的左右相機圖像對進行分析，設置灰度閾值T，將圖像中灰度值大于灰度閾值T的像素點作為激光點，通過閾值分割的方法在圖像上搜索激光點，根據(jù)設定的激光點光斑面積范圍閾值[Amin, Amax],剔除光斑面積大于Amin、小于Amax的偽激光點；另外，根據(jù)激光點陣器與相機的相對位置關系，推算出激光點在左右相機圖像對中的分布范圍，利用該先驗知識，剔除由其他雜光在圖像中引起的噪點；
[0009]對于從左右相機圖像對中提取出的激光點，計算激光點的能量中心，得到激光點能量中心在左右相機圖像對中的像素坐標，分別記為(%,%)(! = 1,2,...,#)和
=，其中，N為激光點陣器投射出的激光點的總個數(shù)；
[0010](3)激光點快速匹配
[0011]根據(jù)激光點陣器所投射的激光點的構型，利用步驟(2)中得到的激光點像素坐標對激光點進行歸類排序，得到激光點分別在左右相機圖像對中對應的編號，從而完成激光點的快速匹配；
[0012](4)激光點三維恢復
[0013]結合相機參數(shù)，對步驟(3 )中匹配出的各激光點的像素坐標進行校正，并求得各激光點在左右相機圖像中的視差值Di (i=l, 2，...，N)
[0014]根據(jù)立體視覺視差測距的原理，利用各激光點在左右相機圖像中的視差值DiQ=I, 2,..., N),計算各激光點在相機坐標系中的三維坐標(xei，yci, zci), i=l, 2,..., N ；
[0015]結合相機的安裝及巡視器的姿態(tài)，求得由相機坐標系到水平坐標系的轉換矩陣7:-對激光點三維坐標進行如下坐標轉換:
【權利要求】
1.一種基于主動結構光的巡視器障礙探測方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下: (1)環(huán)境感知 在巡視器上安裝能夠投射出結構光的激光點陣器，根據(jù)巡視器所處的環(huán)境和激光點陣器的性能，設置相機積分時間，對巡視器的探測區(qū)域進行成像，獲取含有一組激光點的左右相機圖像對；對左右相機圖像對進行分析，如果發(fā)現(xiàn)圖像中激光點光斑不清晰，或者圖像中有雜散光，則應該調整相機積分時間并重新成像，直到獲取到激光點光斑清晰的圖像； (2)激光點提取 對步驟(1)中獲得的左右相機圖像對進行分析，設置灰度閾值T，將圖像中灰度值大于灰度閾值T的像素點作為激光點，通過閾值分割的方法在圖像上搜索激光點，根據(jù)設定的激光點光斑面積范圍閾值[Amin, Amax],易Ij除光斑面積大于Amin、小于Amax的偽激光點；另外，根據(jù)激光點陣器與相機的相對位置關系，推算出激光點在左右相機圖像對中的分布范圍，利用該先驗知識，剔除由其他雜光在圖像中引起的噪點； 對于從左右相機圖像對中提取出的激光點，計算激光點的能量中心，得到激光點能量中心在左右相機圖像對中的像素坐標； (3)激光點快速匹配 根據(jù)激光點陣器所投射的激光點的構型，利用步驟(2)中得到的激光點像素坐標對激光點進行歸類排序，得到激光點分別在左右相機圖像對中對應的編號，從而完成激光點的快速匹配； (4)激光點三維恢復 結合相機參數(shù)，對步驟(3)中匹配出的各激光點的像素坐標進行校正，并求得各激光點在左右相機圖像中的視差值Di,式中，i=l，2，...，N，N為激光點陣器投射出的激光點的總個數(shù)；` 根據(jù)立體視覺視差測距的原理，利用各激光點在左右相機圖像中的視差值Di,計算各激光點在相機坐標系中的三維坐標(Xc;i，yci, zci)，i=l, 2，...，N ; 結合相機的安裝及巡視器的姿態(tài)，求得由相機坐標系到水平坐標系的轉換矩陣F ?對激光點三維坐標進行如下坐標轉換:
2.根據(jù)權利要求1所述的基于主動結構光的巡視器障礙探測方法，其特征在于:所述步驟(4)中相機坐標系的定義為:原點位于左相機光心，Z。軸沿左相機的光軸向前，與圖像平面垂直，Xc軸與Z。軸垂直，指向相機系統(tǒng)的右側，Y。軸與X。軸、Z。軸滿足右手定則。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于主動結構光的巡視器障礙探測方法，其特征在于:所述步驟(4)中水平坐標系的定義為:原點位于巡視器質心，&軸為巡視器前進方向在水平面上的投影，I軸在水平面上與\軸垂直，指向巡視器的右側，&軸與\軸、I軸滿足右手定則。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于主動結構光的巡視器障礙探測方法，其特征在于:所述步驟(4)中立體視覺視 差測距的具體實現(xiàn)為: 假設場景中的某一點P在左右圖像中的像素坐標分別為(H)和(XK，YK)，由于兩個成像平面在同一平面上，故Υ^，則由三角幾何關系有:
【文檔編號】G01B11/00GK103884281SQ201410100570
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權日:2014年3月18日
【發(fā)明者】劉祥, 邢琰, 毛曉艷, 滕寶毅, 賈永, 王大軼, 何英姿, 陳建新, 何健, 劉云, 萬麗景, 張晉 申請人:北京控制工程研究所