[發(fā)明專利]一種基于智能視覺的井下移動(dòng)機(jī)器人避障方法

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• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111258311A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉坤;彭繼國;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 青島北斗天地科技有限公司;兗礦集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B13/02;G06T5/00;G06T7/30;H04N13/122;H04N13/327;H04N13/366
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明一種基于智能視覺的井下移動(dòng)機(jī)器人避障方法，包括如下步驟：步驟1，雙目相機(jī)采集工作場景的圖像信息，根據(jù)雙目相機(jī)的標(biāo)定參數(shù)對得到的雙目圖像進(jìn)行畸變校正；步驟2，對雙目圖像進(jìn)行立體匹配，計(jì)算雙目視差圖，并對雙目視差圖進(jìn)行視差優(yōu)化；步驟3，根據(jù)視差優(yōu)化后的雙目視差圖計(jì)算工作場景的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟4，在二維圖像感興趣區(qū)域中，利用二維圖像中像素對應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閾值，判斷障礙物是否存在；步驟5，如果障礙物存在，則根據(jù)人工勢場法進(jìn)行避障路徑規(guī)劃，并移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行避障，否則移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)先規(guī)劃的路線繼續(xù)行進(jìn)。本發(fā)明提高了障礙物檢測精度，使算法對光環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于移動(dòng)機(jī)器人井下避障技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于智能視覺的井下移動(dòng)機(jī)器人避障方法。

背景技術(shù)

煤礦井下環(huán)境大多數(shù)都是非結(jié)構(gòu)的，而且具有復(fù)雜性、多樣性和隨機(jī)性等特征，移動(dòng)機(jī)器人需要具備較高的環(huán)境辨識(shí)、路徑規(guī)劃和避障能力，才能準(zhǔn)確完成預(yù)期任務(wù)。當(dāng)井下移動(dòng)機(jī)器人面對完全未知或者部分未知的環(huán)境時(shí)，避障、越障是其完成任務(wù)的首要工作。目前大多數(shù)的井下移動(dòng)機(jī)器人都是基于人工遠(yuǎn)程操控進(jìn)行作業(yè)，智能性和移動(dòng)性較差，不具備自主控制以及智能避障功能，遇到較為復(fù)雜的井下環(huán)境需依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，智能化程度較低。

隨著移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)研究，機(jī)器人測出行進(jìn)過程中的障礙物，一種是采用主動(dòng)發(fā)送探測信號，接收場景中物體反射的回波，通過測量發(fā)射信號和返回信號獲取場景信息，如超聲、激光等避障，只具備局部空間避障特點(diǎn)，在檢測范圍和檢測距離上有較大局限性。另一種是采用雙目立體視覺的方法進(jìn)行避障，利用雙目視差計(jì)算三維場景信息，然后進(jìn)行障礙物檢測。雙目采集的圖像易受井下復(fù)雜環(huán)境的影響，如陰影、亮光等，另外障礙物的檢測精度取決于雙目圖像匹配的準(zhǔn)確性，增加雙目圖像匹配的準(zhǔn)確性使匹配算法的計(jì)算復(fù)雜度增加，耗時(shí)增加，影響障礙物檢測的實(shí)時(shí)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于智能視覺的井下移動(dòng)機(jī)器人避障方法，提高了障礙物的檢測精度，同時(shí)不額外增加算法的復(fù)雜度，使算法對光環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于智能視覺的井下移動(dòng)機(jī)器人避障方法，包括如下步驟：

步驟1，雙目相機(jī)采集工作場景的圖像信息，得到雙目圖像，根據(jù)雙目相機(jī)的標(biāo)定參數(shù)對雙目圖像進(jìn)行畸變校正；

步驟2，對畸變校正后的雙目圖像進(jìn)行立體匹配，計(jì)算雙目視差圖，并對雙目視差圖進(jìn)行視差優(yōu)化；其中，立體匹配采用的立體匹配算法通過自適應(yīng)窗口結(jié)合梯度代價(jià)函數(shù)實(shí)現(xiàn)；

步驟3，根據(jù)視差優(yōu)化后的雙目視差圖計(jì)算工作場景的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟4，在二維圖像感興趣區(qū)域中，利用二維圖像中像素對應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閾值，判斷障礙物是否存在；

步驟5，如果障礙物存在，則根據(jù)人工勢場法進(jìn)行避障路徑規(guī)劃，并執(zhí)行步驟6，否則執(zhí)行步驟7；

步驟6，移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行避障；

步驟7，移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)先規(guī)劃的路線繼續(xù)行進(jìn)。

優(yōu)選的，步驟2中，立體匹配采用的立體匹配算法具體如下：

定義圖像梯度為圖像沿x和y方向的一階偏導(dǎo)數(shù)：

其中，I為圖像灰度，得到左右相機(jī)采集圖像的圖像梯度圖：G_L＝(G_Lx+G_Ly)、G_R＝(G_Rx+G_Ry)，設(shè)左圖中一點(diǎn)p_l(x,y)對應(yīng)右圖的匹配點(diǎn)p_r(x-d,y)，定義匹配代價(jià)函數(shù)如下：