[发明专利]基于地面纹理的智能车视觉全局定位方法

说明书

本发明是由专利申请号为：200710036550.9，专利申请名称为：基于地面纹理的智能车视觉装置及其全局定位方法，专利申请人为：上海交通大学，专利申请日为：2007年1月18日的专利分案申请。

技术领域

本发明涉及的是一种移动机器人技术领域的装置及其方法，具体是一种基于地面纹理的智能车视觉全局定位方法。

背景技术

智能车的自定位问题是指智能车通过传感器信息来估算自身在运行环境中所处的位姿(位置和姿态)。实际应用中首先遇到的就是定位问题，它是实现智能车导航的前提。目前主要的定位方法有基于磁信号的定位以及基于视觉的定位等。基于磁信号的定位是目前比较成熟的定位方法，但是这种方法需要在运行环境中埋设传感设备(如通电导线或磁钉)，系统实施过程比较麻烦，且不易维护，当改变运行路径时需重新埋设传感设备，因此在使用上有较大局限性。基于视觉的方法具有诸多优点，如具有丰富的信息量，对基础设施要求低，系统灵活，视觉传感器价格便宜等，同时据研究表明“驾驶员90％以上的信息是通过眼睛获得的”。因此基于视觉的定位方法已经成为智能车研究领域的一个热点，并被公认为是最有前景的一种方法。

在很多现有的实际应用中，视觉的定位导航基本上都是使用路标，如车道线法等，一般称为道路跟踪。但是这类定位方法只能提供车辆的横向定位信息，缺乏纵向定位信息，即不能对智能车进行全局定位，这在很大程度上阻碍了智能车的实际推广应用。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利名称为“基于图像表现特征的移动机器人视觉导航方法”，申请号：03147554.x，公开号：CN1569558，该专利采用全局定位方法，首先建立室内环境的拓扑地图，然后通过当前采集图像与地图进行匹配得到移动机器人的全局定位信息。但是该专利中采用的工作场景是室内环境(走廊)，并以门，柱子或拐角等结构化明显的场景特征作为主要特征信息来建立环境地图。因此如果是在相对复杂的室外环境下，特征提取比较困难，文中所述的方法就不适用了。并且文中没有提及所述方法对环境变化的鲁棒性。

基于视觉的方法存在的另一个主要问题是当环境条件如光照，阴影变化时或者摄像头前方被遮挡时，系统很可能不能正常运行，即不能对环境变化表现出强的鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的基于视觉的智能车定位方法存在的不足，提供一种基于地面纹理的智能车视觉全局定位方法。本发明不仅具有视觉方法固有的优点和装置结构简单，维护方便，还对环境变化表现出极强的鲁棒性，无论在白天或者夜晚都不影响使用，而且不存在任何遮挡问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的基于地面纹理的智能车视觉装置包括：车体、遮光布、脉冲式灯管、摄像头、广角镜头、底板、数据线，遮光布设置在车体底部的车轮内侧，脉冲式灯管设置在车体底部的遮光布内侧，摄像头设置在底板上，底板设置于车体底部，使摄像头向下拍摄，广角镜头设置于摄像头上，摄像头通过数据线与上层处理单元连接，带有广角镜头的摄像头设置在车体底部，四周设置有脉冲式灯管以及遮光布，遮光布所围成的车体底部区域形成一个不受外界影响，环境可控的区域，脉冲式灯管可在摄像头采集信号时提供主动光源。

所述的遮光布，共4块，设置在车底车轮内侧四周，使车底下方形成一个环境可控区域，不受外界光照条件影响。遮光布所用材料应是不透明的，并且是软性材料以便于车辆运行。如黑色橡胶布等。

所述的脉冲式灯管，共4盏，提供主动光源；使用脉冲式灯管可增大主动光光强；只需要在摄像头采集信号的时刻提供光源，可节约能源。脉冲式灯管的光源强度应根据由遮光布所形成的可控区域内的实际亮度情况来决定。重要的一点是尽量使可控区域内的照明亮度均匀。

所述的摄像头，用于采集环境信息。一般的基于CCD或者CMOS的网络摄像头即可满足应用要求并且价格便宜。

所述的广角镜头，由于摄像头离地面较近，为了在可控区域中尽量大的范围内采集图像信号，在摄像头上设置广角镜头。广角镜头的选择可依据摄像头离地面的距离以及由遮光布所形成的可控区域的范围来确定。

所述的数据线，用于将图像信号传输至上层处理单元。如USB数据线等。

本发明提供的基于地面纹理的智能车视觉全局定位方法，包括如下步骤：

①首先建立环境全局的地面纹理地图，并存储于系统中，以便进行定位操作；

②智能车在环境中运行时通过数据线及图像采集程序将摄像头摄取的图像信号(局部地面图像)传送至上层处理单元；

③在上层处理单元中进行图像处理，提取图像中的纹理信息形成一幅局部地面纹理地图；