[發明專利]一種室內移動機器人雙目視覺定位與三維建圖方法無效

申請號：	201410184908.2	申請日：	2014-05-05
公開（公告）號：	CN103926927A	公開（公告）日：	2014-07-16
發明（設計）人：	尹宏鵬;柴毅;姚聰	申請（專利權）人：	重慶大學
主分類號：	G05D1/02	分類號：	G05D1/02;G06T17/00
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	400044 重慶市沙坪***	國省代碼：	重慶;85
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種室內移動機器人雙目視覺定位三維方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于室內移動機器人技術領域，涉及一種室內移動機器人雙目視覺定位與三維建圖方法。

背景技術

室內移動機器人研究的第一個重點就是環境感知問題，而傳感器是機器人獲取環境信息的重要手段。移動機器人攜帶的傳感器種類繁多，其中與定位有關的可分為兩類：內部傳感器和外部傳感器。內部傳感器是指用于感知機器人自身位置、運動參數的傳感器，如陀螺儀、光電碼盤、多普勒儀等，這些傳感器可以用來實現機器人的自身位置估計。其中，基于光電碼盤和航跡推算法的機器人里程計因其價格低廉、采樣速率高、短距離內能夠提供精確的定位精度，是移動機器人最常用的內部傳感器。里程計的優點在于它是自完備的，并且總是能夠給出機器人的位置信息，但它的位置誤差是無界發散的，因此必須參照外部傳感器進行位置校正。針對里程計的系統誤差，出現了UMBmark測試校準技術來校準差分驅動的服務機器人的系統誤差。該校準技術被廣泛引用，成為差分驅動服務機器人系統誤差校準的典范。針對非系統誤差，有學者分析計算了機器人運行軌跡的里程協方差矩陣；提出了評估服務機器人里程計的系統和非系統誤差的方法，系統誤差采用擴展卡爾曼濾波器的方法，非系統誤差采用一種新的觀測濾波器。另一類傳感器是感知機器人外部信息的傳感器，如聲納、GPS、紅外傳感器、激光雷達和視覺傳感器等等。這類傳感器能提供獨立于機器人的信息，存在系統誤差但不會有累計誤差，因此可以用來修正機器人的位置誤差。另一方面，它們直接提供了外部環境的信息，是創建地圖的信息來源。其中，聲納傳感器由于價格低廉、使用簡單、數據處理方便等優點得到了廣泛使用，但其信息量相對較少空間分布分散，感知信息存在較大的不確定性。激光雷達的測量結果精度較高，可以直接根據測量數據進行特征提取。視覺傳感器能夠提供更為豐富的環境信息，但視覺數據的處理需要更多的計算，實時性不強。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于雙目視覺的室內移動機器人定位和三維建圖的方法，采用該方法可以充分利用視頻傳感器提供的豐富的環境信息，構建彩色三維環境地圖。利用無線通信模塊，將數據的采集和處理分開。用數據處理能力更強的處理器執行復雜的算法，進一步解決計算量大的問題，提高實時性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

室內移動機器人雙目視覺定位與三維建圖系統，包括以下模塊：圖像采集模塊；FPGA模塊；存儲模塊；USB通信模塊；無線通信模塊；機器人運動平臺；里程計模塊；其中FPGA模塊與圖像采集模塊、存儲模塊、USB通信模塊、無線通信模塊、機器人運動平臺、里程計模塊相連。

基于雙目視覺的室內移動機器人定位和三維建圖的方法，它包含以下步驟：

(1)在遠程數據處理主機中選取若干個特定標示物的圖像，提取其SIFT特征，存儲在遠程數據處理主機中。

(2)初始化移動機器人的位置坐標為(0,0)，控制移動機器人向目標位置移動3s，控制移動機器人停止。

(3)利用FPGA讀取移動機器人左右兩輪的里程計信息，將其轉存至存儲模塊中。

(4)利用FPGA控制圖像采集模塊采集此刻左右攝像頭的圖像數據，將其轉存至存儲模塊中。

(5)利用FPGA控制無線通信模塊，將存儲模塊中的本次采集的里程計數據和左右圖像數據傳給遠程數據處理主機中，傳輸完成后，清除存儲模塊中的數據。

(6)通過左右兩幅圖像的信息利用快速置信度傳播(FastBeliefPropagation)算法得到圖像和機器人間的距離信息，在遠程數據處理主機中構建三維的環境地圖；

(7)利用改進的SIFT算法對圖像快速提取關鍵特征點，并與遠程數據處理主機中存儲的特定標示物圖像特征點信息進行比對，實現圖像的識別；