基于并行處理的機器人立體視覺伺服系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著計算機視覺和計算機硬件技術(shù)的快速發(fā)展，將視覺信息同機器人控制相結(jié)合形成視覺伺服系統(tǒng)，使機器人具有同外部環(huán)境進行智能交互的能力，是當今機器人發(fā)展的一個主要方向。機器人視覺伺服系統(tǒng)通過檢測圖像中的目標物體，可以獲得視覺信息來控制機器人的運動?；谖恢玫囊曈X伺服方法首先根據(jù)機器人的模型、可到達的工作空間以及目標物體來估計目標物體在直角坐標空間中相對于攝像機的位置。在計算機圖像處理中以動態(tài)圖像的分析和理解為基礎的視覺跟蹤成為研究的熱點。由于

2、視覺跟蹤技術(shù)可以應用在許多領(lǐng)域，而且重要性日益增強，圖像處理面臨著復雜化和高速化的挑戰(zhàn)，并行處理技術(shù)在這其中扮演了極其重要的角色。
　　論文介紹了機器人視覺伺服系統(tǒng)研究內(nèi)容、伺服方法以及存在的問題；綜述了機器視覺的發(fā)展歷程和目標提取方法，分析了立體視覺系統(tǒng)的研究概況，指出機器視覺相關(guān)研究存在的問題與發(fā)展趨勢，同時闡述了圖像并行處理系統(tǒng)的種類以及性能評價指標，并給出論文的主要研究內(nèi)容。
　　建立了機器人立體視覺伺服系統(tǒng)的數(shù)學模

3、型，通過分層設計的方法實現(xiàn)了基于并行處理的視覺伺服控制策略。根據(jù)圖像處理層、并行處理層和操作控制層的視覺伺服控制策略，建立了機器人視覺伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并把系統(tǒng)分為：左、右攝像機圖像采集及目標識別子系統(tǒng)、圖像匹配及預測子系統(tǒng)和主控系統(tǒng)四部分。同時研究直角坐標系之間的坐標變換關(guān)系，標定了機器人坐標系和世界坐標系之間的變換矩陣。此外，研究立體視覺平臺結(jié)構(gòu)，建立了立體視覺運動學模型，設計了應用于機器人視覺伺服系統(tǒng)的立體視覺平臺。根據(jù)攝像機成像模型

4、，研究攝像機參數(shù)的標定方法，完成了攝像機標定。
　　對基于機器人視覺伺服的目標檢測與定位方法進行詳細研究。根據(jù)不同的伺服任務確定相應的目標檢測方法。提出可調(diào)節(jié)的圖像處理策略實現(xiàn)了在計算速度、計算精度和圖像處理的魯棒性之間的優(yōu)化。針對兩幅圖像當前目標檢測結(jié)果以及前一時刻的目標檢測結(jié)果，運用提出的兩階段的立體匹配算法確定最佳立體匹配集合。根據(jù)雙目立體視覺測距的數(shù)學模型和匹配點選擇方案計算目標當前時刻和前一時刻之間的奇次變換關(guān)系。為以后

5、的目標預測和機器人軌跡規(guī)劃提供計算數(shù)據(jù)。
　　研究在自然環(huán)境中運動目標跟蹤和預測的方法，并設計了一種機器人軌跡規(guī)劃策略。在運動目標預測過程中，采用帶多重觀測滯后系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)卡爾曼估計器模型中卡爾曼預報的方法實現(xiàn)了運動目標的狀態(tài)估計，并根據(jù)預測結(jié)果設計了雙目平臺控制策略和機器人軌跡規(guī)劃策略。分析了單攝像機跟蹤控制原理，并在此基礎上提出一種雙目協(xié)調(diào)控制策略，實現(xiàn)了雙目平臺對運動目標的跟蹤。同時給出一種控制雙目平臺的安全保護方案，實現(xiàn)了雙目

6、平臺快速、可靠、安全的跟蹤運動目標的方法。此外介紹了一種機器人路徑規(guī)劃方法，實現(xiàn)機器人的路徑實時修正。
　　針對在不降低伺服周期的前提下提高定位精度和識別率的目的，提出了一種機器人立體視覺伺服系統(tǒng)中圖像處理的并行化策略。根據(jù)并行處理的設計步驟，通過對串行程序的分析和并行層次劃分原理，設置了一種并行劃分規(guī)則。同時設計了一種自適應負載平衡算法(ALCB)，通過使用LC測度來進行處理器參數(shù)的調(diào)整，建立一組適當?shù)哪繕藱z測和定位參數(shù)的組合，