基于地面特征识别的室内机器人视觉导航1.docx

1、基于地面特征识别的室内机器人视觉导航（申请工学硕士学位论文）培养单位： 物流工程学院学科专业： 机械电子工程研 究 生 ：指导 教师：2006 年 4 月学位论文中文题目：基于地面特征识别的室内机器人视觉导航英文题目：Visual Navigation based on Floor FeatureSegmentation for Indoor Mobile Robot研究生姓名：杜娟指导教师：姓名职称教授学位博士单位名称物流工程学院邮编430063申请学位级别硕 士学科专业名称机械电子工程论文提交日期2006.4论文答辩日期 2006.5学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人

2、2006 年 5 月摘要视觉信号具有信号探测范围宽、获取信息丰富等优点。随着近几年图像处理技术以及计算机处理能力的飞速发展，视觉导航成为机器人导航的主要发展方向之一。最近二十年来，基于视觉的室内机器人导航和室外机器人导航均得到了飞速发展。机器人导航的任务之一就是避开障碍物。这样，机器人在行走过程中，要充分利用环境中的特征来识别航行区域和障碍物区域。本文结合国家自然科学基金和湖北省青年杰出人才基金项目的需求，提出了基于地面特征识别的室内机器人视觉导航这一课题。通过对图像处理的基本理论的研究和实践，特别是对彩色图像分割进行比较深入的学习和探讨，在已有研究的基础上，提出了一种通过分析机器人环境图像中

3、的颜色信息来识别机器人的可行走区域和非可行走区域的方法，开发了一个机器人的实时障碍物检测系统，包括环境视频图像的采集、处理、压缩、存储和实时回放。通过本课题的研究，得到如下的成果与结论：(1) 详细分析了室内环境中地面的角点、边缘、颜色等特征，并且对这些特征的提取方法进行了比较，最终选取颜色特征作为机器人视觉导航的陆标；(2) 在已有图像分割算法的基础上，对彩色图像分割算法进行了一些研究，提出了一种基于图像直方图统计学、适合于室内移动机器人识别可行走区域和障碍物区域的彩色图像分割方法；(3) 基于DirectShow 技术，完成了机器人单目视觉系统的视频图像采集、视频中每一帧图像处理、视频压缩

4、、存储和实时回放，其中视频压缩可以选用多种压缩方式。本文在Visual C+集成开发环境中基于 OpenCV 和 DirectShow 视频采集技术编程实现了系统的功能。试验结果说明本文系统能够实时检测机器人室内环境中的障碍物，完成了视觉导航的中的避障任务。关键词：室内移动机器人，视觉导航，障碍物检测，彩色图像分割IIIAbstractVision has the advantage of broad sensing area and full information. With thedevelopment of image processing technology and the abi

5、lity of computer, the visualnavigation is becoming a main way in robot navigation. The progress made in the lasttwo decades has been on vision-based navigation both for indoor robots and foroutdoor robots. One task of the robot navigation is avoiding obstacles. Hence, robotsshould recognize the driv

6、able and the obstacle areas as they move.With the support of project of National Scientific Fund and project of ExcellentScientist Fund in Hubei, the research on floor segmentation for indoor mobile robotvisual navigation is put forward. This paper studies image processing theory,especially the colo

7、r image segmentation. It puts forward a method of segmenting thescene into drivable and non-drivable areas through analyzing the color information ofthe input environment images and implements a system of obstacle detection,including the capture, processing, compression, saving anredndering of video

8、 images.Through the study of this subject, some results and conclusions are drawn:(1) This paper analyzes the features of corners, borders and color of indoor floor indetail. It also compares the methods of extraction these features. Finally the colorfeature is chosen as the landmark for visual navi

9、gation.(2) This paper does research on color image segmentation based on existing imagesegmentation algorithms. It puts forward a color image segmentation algorithm basedon histogram to segment the indoor scene into drivable and non-drivable areas.(3) This paper implements a real-time system of vide

10、o capture, processing,compression, saving and rendering based on DirectShow. The processed video imagescan be compressed by many methods.Visual C+ environment, OpenCV and DirectShow tools are used. The resultsshow that this system can implement real-time obstacle detection and avoidance.Key words: i

11、ndoor mobilerobot, visualnavigation,obstacles detection, color imagesegmentation目录第 1 章 绪 论 .1.1.1 课题研究及意义 .1.1.2 国内外现状及发展趋势 .2.1.3 本文内容与结构 .5.1.4 本章小结 .6.第 2 章 机器人的视觉导航系统.7.2.1 机器人的导航技术 .8.2.1.1 智能型机器人的各种导航方式 .8.2.1.2 智能机器人导航中的传感器 .9.2.2 机器人视觉导航的发展 .1.1.2.3 机器人视觉系统 .1.4.2.3.1 机器人视觉系统组成 .1.4.2.3.2 机器人视觉系统工作过程 .