[發(fā)明專利]基于變電站巡檢機器人的雙目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310362028.5
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103400392A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李麗;王濱海;王海鵬;張晶晶;肖鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東魯能智能技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G05D1/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種基于變電站巡檢機器人的雙目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)及處理器技術(shù)的發(fā)展，機器人技術(shù)朝著越來越智能化的方向發(fā)展。計算機視覺理論的形成和發(fā)展，讓機器人具備了類似人類雙眼的視覺系統(tǒng)，讓機器人可以根據(jù)視覺系統(tǒng)得更多的環(huán)境信息。視覺導(dǎo)航技術(shù)主要包括基于單目的、基于雙目立體視覺的、三目及多目攝像機結(jié)構(gòu)。單目視覺主要利用攝像機采集到的圖像信息，對結(jié)構(gòu)場景中的標(biāo)識進行識別，直接利用圖像平面信息對場景進行判斷，也有利用基于運動的三維信息恢復(fù)的方法，基于單目相機結(jié)構(gòu)進行導(dǎo)航。立體視覺技術(shù)主要利用由兩幅或兩幅以上的圖像重構(gòu)得到的三維信息，在此基礎(chǔ)上進行障礙物檢測和路況檢測，最終實現(xiàn)避障和導(dǎo)航等功能。如早期的火星探測車，使用了雙目立體視覺技術(shù)進行視覺避障和導(dǎo)航。

避障功能是智能移動機器人必備的一個功能，基于該功能機器人可以對變換的環(huán)境實時做出反應(yīng)，避免發(fā)生碰撞危險，并且可以自動避開障礙物，繼續(xù)原始路徑行駛，提高了機器人的自主性和系統(tǒng)安全性。避障功能主要包括障礙物檢測和路徑規(guī)劃兩部分內(nèi)容。其中，障礙物檢測就是通過對傳感器采集的信息，進行處理、分析，得到障礙物的位置、尺寸等信息；路徑規(guī)劃就是利用當(dāng)前檢測到的障礙物信息以及其他道路信息構(gòu)成地圖，并對可行駛的路徑進行規(guī)劃，給出機器人可以行駛的路徑。當(dāng)前，基于視覺系統(tǒng)的障礙物檢測方法可以分為基于三維信息恢復(fù)的障礙物檢測方法、基于逆向投影的障礙物檢測、基于視差直方圖的檢測方法。

現(xiàn)有技術(shù)中，通過分析現(xiàn)有技術(shù)中電力機器人在行駛過程中采集到的雙目圖像信息發(fā)現(xiàn)：

（1）變電站巡檢機器人在行駛過程中，行駛路徑兩側(cè)設(shè)備較多，造成圖像背景復(fù)雜，從而產(chǎn)生障礙物與設(shè)備區(qū)域重疊的情況，給目標(biāo)提取、分割等操作帶來了較大困難；

（2）道路區(qū)域信息會受室外光照變化、特殊天氣等影響，使得路面存在干擾信息，容易引入障礙物檢測誤差；

（3）現(xiàn)有技術(shù)中，往往不能對變電站巡檢機器人的行走路徑進行具體規(guī)劃，不能有效的避開障礙物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于變電站巡檢機器人的雙目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，它具有對機器人進行路徑具體規(guī)劃，有效避開障礙物的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于變電站巡檢機器人的雙目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，它包括機器人本體，在機器人本體的前臂端部設(shè)有用于采集前行道路上的環(huán)境信息圖的圖像采集系統(tǒng)；

圖像采集系統(tǒng)：圖像采集系統(tǒng)采集機器人前行道路上的環(huán)境圖像，然后將采集的圖像通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)上傳給視覺分析系統(tǒng)，圖像采集系統(tǒng)包括雙目攝像機，雙目攝像機通過傳輸線連接到圖像采集卡，然后通過有線連接到網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)上；

網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)包括無線網(wǎng)橋，無線路由器、接收器，將圖像采集系統(tǒng)采集的圖像信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺處理平臺；所述后臺處理平臺包括視覺分析系統(tǒng)和路徑規(guī)劃系統(tǒng)；

視覺分析系統(tǒng)：根據(jù)圖像采集系統(tǒng)采集的雙目圖像信息及攝像機內(nèi)外參數(shù)信息，通過逆向投影理論及三維重構(gòu)技術(shù)實現(xiàn)對變電站道路區(qū)域內(nèi)的障礙物的檢測，并將信息傳輸至機器人控制系統(tǒng)，視覺分析系統(tǒng)基于后臺計算機，通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取前方采集的圖像數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果發(fā)送給路徑規(guī)劃系統(tǒng)；

路徑規(guī)劃系統(tǒng)：根據(jù)視覺系統(tǒng)檢測的環(huán)境信息，構(gòu)建二維占據(jù)地圖，進行路徑規(guī)劃，出現(xiàn)障礙物時，對機器人行走路線及時做出調(diào)整，避免機器人與障礙物發(fā)生碰撞，然后將路徑信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)下發(fā)到機器人控制系統(tǒng)；

機器人控制系統(tǒng)：通過無線網(wǎng)絡(luò)，接受當(dāng)前機器人運動信息，下發(fā)至機器人運動平臺，機器人控制系統(tǒng)根據(jù)路徑規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃的路徑控制機器人本體移動，機器人控制系統(tǒng)運行的平臺為工控機。

所述視覺分析系統(tǒng)、路徑規(guī)劃系統(tǒng)運行的硬件平臺為計算機。

一種基于變電站巡檢機器人的雙目視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的視覺導(dǎo)航方法，具體步驟為：

步驟一：采集雙目環(huán)境圖像，通過圖像解析，畸變校正，立體校正獲得去除了畸變效果、且像素匹配關(guān)系約束在相同的Y軸的雙目圖像；

步驟二：將校正后的圖像逆向投影變換，將左目圖像和右目圖像投影到地平面上，并將重新投影后的左目圖像和右目圖像的像素做差，并對差值圖像做Canny邊緣檢測，然后，使用Hough直線檢測出道路區(qū)域和道路邊緣；