[发明专利]基于独立多自由度视觉模块的主动复合双目快速目标搜索与捕获系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿变色龙捕食行为的独立多自由度双目视觉机构及其目标搜索与定位技术，更特别地说，是指一种由两个独立多自由度视觉模块与DSP控制器组成的复合双目视觉搜索与定位机构，通过控制策略，实现了对运动或静止目标进行快速搜索与捕获。

背景技术

视觉是人类感知环境、认识世界的主要途径，基于机器视觉的目标搜索及捕获在交通、安防、军事、空间探测等诸多领域有着广泛的应用前景。一般基于机器视觉的目标搜索及捕获系统主要采用如下两种方式：

(1)单目或光轴平行的固定双目搜索及捕获，单目方法利用单摄像头进行不同方位的全空间扫描，只能获得目标方位，难以获取目标距离；光轴平行双目搜索方法利用在同一平面安装且光轴始终平行的两个摄像头，通过双目同时扫描进行空间目标的定位及搜索，其优于单目之处在于可以在一定范围内确定目标的距离。但是，其测量灵活性受到结构限制，搜索及捕获时间都受到机构限制与单目搜索一样耗时。

(2)多目(3个以上摄像头)搜索及捕获，主要采用以多个摄像头固定凝视不同的空间方位，形成阵列式目标搜索及捕获方法，该方法不需要进行空间扫描，但是，目标距离测量范围缺乏灵活性，而且，成本高成为这类机构的重要局限。

因此，针对以上两种方式的局限性，本发明提出一种结构简单、搜索效率高、控制灵活、移植性好的目标搜索及捕获系统，可以实现目标的快速搜索及捕获。

发明内容

本发明通过两个独立多自由度视觉模块(以下简称左视觉模块、右视觉模块)检测环境信息，然后分析左、右视觉模块所检测信息中目标方位信息，并综合左、右视觉模块的目标方位分析结果，通过主动双目复合策略得到左、右视觉模块各自的优化运动轨迹，最后通过该运动轨迹实现左、右视觉模块对目标进行快速捕获，从而获得目标的方位、距离测量以及表观3D重构。

本发明的目的是提供一种基于独立多自由度视觉的主动复合双目快速目标搜索与捕获系统，该系统是基于仿变色龙捕食行为的双目视觉机构，以两个独立多自由度视觉模块构成图像获取部分，通过DSP处理器实现图像采集、信号处理、左视觉模块、右视觉模块的独立多自由度控制，并通过模仿变色龙捕食行为过程中的目标搜索及捕获模式，建立两个视觉模块的协调优化运动策略集，实现快速目标搜索及捕获算法，并及时准确地确定目标的空间位置。

本发明的一种基于多自由度视觉的主动复合双目快速目标搜索与捕获系统，包括有仿生双目机构，该系统在目标搜索及捕获过程中模仿自然界中变色龙捕食时双目分别独立搜寻目标以减小躯体动作并提高搜索效率的行为，实现快速高效准确的目标搜索定位；其通过下列步骤实现目标的搜索及捕获：

第一步：初始姿态向量

系统初始化，调节左视觉模块(1)至初始姿态EL₀＝[α_L，β_L，θ，d，f]＝[+90，0，0，100，50]；

调节右视觉模块(2)至初始姿态EE₀＝[α_R，β_R，θ，d，f]＝[+90，0，0，100，50]；

第二步：目标独立搜索

在相同时间条件下对左视觉模块(1)、右视觉模块(2)分别采集到的图像信息进行特征比对，若左视觉模块(1)、右视觉模块(2)皆未发现目标时，执行目标搜索策略，直到其中一个视觉模块发现目标时止；

若其中一个视觉模块发现目标则执行第三步，否则重复执行第二步；

第三步：目标捕获

依据目标捕获策略首先调节左视觉模块(1)和右视觉模块(2)的姿态，使左视觉模块(1)和右视觉模块(2)同时发现左发现目标AIM-Y_T；

在左视觉模块(1)和右视觉模块(2)同时发现左发现目标AIM-Y_T后，依据方位调整策略调整转盘(5)使左发现目标AIM-Y_T处于中垂线上；

当左发现目标AIM-Y_T处于中垂线后，左视觉模块(1)采集的图像记为PTL_T，右视觉模块(2)采集的图像记为PTR_T；

对PTL_T和PTR_T图像信息进行特征比对，确认是否为左发现目标AIM-Y_T；若目标不符则返回第二步；若是左发现目标AIM-Y_T则执行第四步；

第四步：获取目标方位