● 摘要
自主导航技术是实现移动机器人智能化的关键技术之一。视觉传感器具有信号探测范围宽、信息量丰富等优点，随着近年来数字图像处理技术和计算机处理能力的飞速发展，基于视觉的导航成为机器人导航的主要发展方向之一，并且在近二十年的时间里取得了飞速的发展。作者所在实验室研制了多种类型的移动机器人，球形移动机器人、全方位运动四轮移动机器人、履带车等，目前这些机器人尚不具备自主导航的能力。为提高机器人自主运动能力，扩大应用范围，提出了未知环境下移动机器人单目视觉导航研究这一课题。在对国内外研究进行详细调研的基础上，本论文提出了一种未知环境下的移动机器人单目视觉导航算法。该导航算法由三部分组成：单目视觉障碍物检测算法、单目视觉距离测量算法和局部路径规划算法，通过三个子算法的共同作用实现导航任务。然后搭建一个基于单目视觉导航的移动机器人实验系统，在实际环境中进行实时导航实验，验证所提出的单目视觉导航算法的可行性和有效性。本论文主要由四章组成。论文的第一章介绍了国内外移动机器人视觉导航的研究和发展现状，提出本课题的研究目标，即提出一种基于单目视觉的移动机器人导航算法，实现移动机器人在室内未知环境中的局部避障能力。第二章对研究目标进行详细分析，提出了由障碍物检测算法、距离测量算法和局部路径规划算法组成的单目视觉导航算法，对算法实现所涉及的关键技术、难点和须解决的问题进行了详细研究。主要包括彩色图像处理空间的选取、障碍物描述方式、图像坐标和世界坐标的变换、局部环境模型的建立和路径搜索方法。第三章是对第二章提出的视觉导航算法的具体实现。对障碍物检测提出基于像素直方图HSI空间的图像分割方法，对于距离测量提出基于摄像机安装投影几何模型的几何法求解坐标变换等式的方法，对局部路径规划提出构建局部障碍物栅格图和一种搜索路径的新方法。第四章是单目视觉导航算法的实验验证。搭建基于单目视觉导航的移动机器人实验系统，并在实际环境进行的视觉导航实验以验证算法的可行性和有效性。