浅析五种重要的机器人视觉系统类型

作者:陈峰 分类:默认分类 时间:2021-09-13 14:33
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机器人视觉系统是指用计算机来完成人的视觉功用,也就是用计算机来完成对客观的三维世界的辨认。人类接纳的信息70%以上来自视觉,人类视觉为人类提供了关于四周环境是最细致牢靠的信息。


机器人视觉


人类视觉所具有的强大功用和圆满的信息处置方式惹起了智能研讨者的极大兴味,人们希望以生物视觉为底本研讨一个人工视觉系统用于机器人中,希冀机器人具有相似人类感受环境的才能。机器人要对外部世界的信息停止感知,就要依托各种传感器。就像人类一样,在机器人的众多感知传感器中,视觉系统提供了大局部机器人所需的外部相界信息。因而视觉系统在机器人技术中具有重要的作用。

根据视觉传感器的数量和特性,目前主流的挪动机器人视觉系统有单目视觉、双目平面视觉、多目视觉和全景视觉等。

单目视觉

单目视觉系统只运用一个视觉传感器。单目视觉系统在成像过程中由于从三维客观世界投影到N维图像上,从而损失了深度信息,这是此类视觉系统的主要缺陷( 虽然如此,单目视觉系统由于构造简单、算法成熟且计算量较小,在自主挪动机器人中已得到普遍应用,如用于目的跟踪、基于单目特征的室内定位导航等。同时,单目视觉是其他类型视觉系统的根底,如双目平面视觉、多目视觉等都是在单目视觉系统的根底上,经过附加其他手腕和措施而完成的。


机器人视觉系统


双目平面视觉

双目视觉系统由两个摄像机组成,应用三角丈量原理取得场景的深度信息,并且能够重建四周景物的三维外形和位置,相似人眼的体视功用,原理简单。双目 视觉系统需求准确地晓得两个摄像机之间的空间位置关系,而且场景环境的3D信息需求两 个摄像机从不同角度,同时拍摄同一场景的两幅图像,并停止复杂的匹配,才干精确得到 平面视觉系统可以比拟精确地恢复视觉场景的三维信息,在挪动机器人定位导航、避障和地图构建等方面得到了普遍的应用用。但是,平面视觉系统的难点是对应点匹配的问题,该问题在很大水平上限制着平面视觉在机器人范畴的应用前景。


机器人技术


多目视觉系统
多目视觉系统采用三个或三个以上摄像机,三目视觉系统居多,主要用来处理又目平面视觉系统中匹配多义性的问题,进步匹配精度。多目视觉系统最早由莫拉维克研讨,他为"Stanford Cart"研制的视觉导航系统采用单个摄像机的“滑动

平面视觉”来完成,雅西达提出了三目平面视觉系统处理对应点匹配的问题,真正打破了《目平面视觉系统的局限,并指出以边境点作为匹配特征的三目视觉系统中,其三元的配的精确率比拟高,艾雅湜提出了用多边形近似宕的边境点段作为特征的三目匹配算法,并用到挪动机器人中,获得了较好的效果,三目视觉系统的优点是充沛应用了第三个摄像机的信息,减少了错误匹配,处理了双目视觉系统匹配的多义性,进步了定位精度,但三目视觉系统要合理安顿三个摄像机的相对位置,其构造配置比双目视觉系统更烦琐,而且匹配算法更复杂需求 耗费更多的时间,实时性更差

全景视觉

全景视觉系统是具有较大程度视场的多方向成像系统,突出的优点是有较大的视场,能够到达360度,这是其他常规镜头无法比较的,全景视觉系统能够经过图像拼的办法或者经过折反射光学元件完成。图像拼接的办法运用单个或多个相机旋转,对场景停止大角度扫描,获取不同方向上连续的多帧图像,再用拼接技术得到全景图。折反射全景视觉系统由CCD摄像机、折反射光学元件等组成,应用反射镜成像原理,能够察看360度场景,成像速度快,能到达实时请求,具有非常重要的应用前景,能够应用在机器人导航中。


机器人视觉场景


全景视觉系统实质上也是一种单目视觉系统,也无法得到场景的深度信息。其另一个特性是获取的图像分辨率较低,并且图像存在很大的畸变,从而会影响图像处置的稳定性和精度。在停止图像处置时首先需求依据成像模型对畸变图像停止校正,这种较正过程不但会影响视觉系统的实时性,而且还会形成信息的损失。另外这种视觉系统对全景反射镜的加工精度请求很多,若双曲反射镜面的精度达不到请求,应用理想模型对图像校正则会存在较大偏向。


机器人视觉模型


混合视觉系统
混合视觉系统吸收各种视觉系统的优点,采用两种或两种以上的视觉系统组成复合视觉系统,多采用单目或双目视觉系统,同时装备其他视觉系统。全景视觉系统由球面反射系统组成,其中全景视觉系统提供大视角的环境信息,双目平面视觉系统和激光测距仪检测近间隔的障碍物,清化大学的朱志刚运用一个摄像机研制了多尺度视觉传感系统POST,完成了双目凝视、全方位环顾和左右两侧的时期全景成像,为机器人提供了导航。全景视觉系统具有全景视觉系统视场范围大的优点,同时又具备双目视觉系统精度高的优点,但是该类系统配置复杂,费用比拟高。
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