基于结构光方法的全向视觉测量与控制研究

Omnidirectional vision has been widely used in robot vision navigation, is currently a hot branch of computer vision. Currently the study on omnidirectional vision is generally carried on the analysis and information processing system model under the constraint of a single viewpoint. The project introduces structured light vision to the visual system, which is successfully applied in industry. Using of structured light vision constraint, the whole mapping between structure of the light and the image point of the scene point visual mapping between the can be obtained, fitting and estimation of system parameters are achieved for vision system calibration. Combine indoor environment prior knowledge, panoramic image restoration algorithms are investigated based on non-single viewpoint constraint; with the analysis of model mix images of different objectives, and the spatial distribution of the image features and structure of light constraints, complex image feature extraction algorithms are developed. The work of this project will enrich the structured light vision and omni-directional vision theory, and omnidirectional structured light vision measurement and control methods are proposed with the mobile robot platform.

全向视觉在场景感知和机器人视觉导航中有着广泛的应用，是当前计算机视觉的一个热点分支。目前全向视觉研究一般是基于单一视点约束下进行系统模型分析、图像信息处理和场景特征定位。本项目将工业领域广泛应用的结构光视觉引入到全向视觉系统中，利用结构光视觉中照明光模态可控的约束条件，建立全向结构光视觉系统中景物点和图像点之间的映射关系，拟合和估计视觉系统成像参数，实现视觉系统标定；结合室内环境景物模型的先验知识，研究非单一视点约束条件的室内全景图像的展开复原算法；分析混合图像中对象的成像模型，图像特征空间分布和结构光约束下运动规律，研究复杂图像特征提取算法。通过本项目的工作，将丰富结构光视觉和全向视觉理论，并结合移动机器人平台研究全向结构光视觉的场景感知测量与导航控制方法。

本项目研究结合全向视觉和结构光视觉方法，在建模标定、视觉测量、场景感知以及在移动机器人系统的应用开展研究。针对复合视觉系统中图像特征和场景特征映射的复杂性问题，构建了折返式全向视觉系统和鱼眼镜头视觉系统，建立了结合结构光方法的视觉系统模型，分析了激光投射平面到图像成像平面之间的映射关系，给出了视觉测量的方法。研究了结构光图像处理和特征提取问题，提出了基于三维空间位姿信息的结构光条纹中心特征提取方法，该方法能够根据目标在三维空间的位姿信息，对实际成像的激光结构光条纹几何中心进行修正，提高特征提取精度；在全向结构光图像图像空间应用卡尔曼滤波方法实现图像特征的跟踪。在全向视觉系统模型分析的基础上，研究了全向视觉系统在移动机器人平台的应用，主要包括通过激光平面的映射，实现了基于1幅图像获得机器人局部地图，并融合了移动机器人的运动信息生成了全局地图；在获取场景深度信息的基础上，通过室内场景的本身约束关系，提出了对室内墙角、天花板边缘等关键点的三维测量，实现移动机器人场景的局部重构。在实践方面，应用全向结构光视觉系统，设计了移动机器人全向视觉系统，结合室内场景先验知识，实现了移动机器人的地图构建和视觉导航控制。本项目填补了结构光视觉和全向视觉的结合领域的研究问题，丰富了移动机器人视觉感知的理论和方法。