[发明专利]一种室内视觉导航用障碍物高度检测方法

说明书

技术领域

本发明是属于视觉导航技术领域，涉及一种在室内环境中检测地面障碍物高度的方法。 

背景技术

视觉导航是指利用图像传感器获取环境的信息，通过分析环境图像来实现机器人导航的技术。视觉导航获取信息的方式与人类相同，因此被认为是最具有发展潜力的导航技术之一。 

在室内环境中，可以把图像传感器固定在天花板上以获取室内的俯视图像，然后通过分析俯视图像来实现机器人的导航。在这种导航方式中，需要对俯视图像的地面区域进行分割，通过把机器人的活动限制在地面区域内，实现对障碍物的自动躲避。现有的地面区域分割方法一般采用地面的颜色、纹理等视觉特征来提取地面区域，存在如下两个缺点： 

(1)如果障碍物的视觉特征地面区域相同，例如放在白色地面上的白色椅子等，则无法正确分割图像的地面区域和障碍物区域； 

(2)如果地面区域的视觉特征不一致，例如地面有一滩墨迹等，会导致视觉算法把地面区域误判为障碍物区域。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提出一种室内视觉导航用障碍物高度检测方法。 

本发明采用如下的技术方案，包括下列步骤： 

室内的天花板上安装相机和激光发射装置。激光发射装置可旋转的轴心C任意旋转，水平方向旋转转角表示为θ，竖直方面转角为φ。轴心C与相机的光心O位于同一水平面，即到地面的距离相同。O点到C点的距离表示为 O到O_f点的距离表示为 和 通过实测的方式获得。相机的焦距为f_c。 

已知水平转角θ和竖面转角φ，激光发射装置向地面投射光斑。如果没有障碍物，则光斑投射到地面的R点。R点的坐标根据 以及θ、φ计算得到。R点在相机像平面中的成像为i_R，利用小孔相机模型i_R的坐标由相机的焦距f_c， 以及R的坐标计算得 到。如果地面存在障碍物，则光斑不能到达地面，而是投射到障碍物的P点，P点到地面的距离，即障碍物的高度h。P点在像平面的成像i_P。利用相机拍摄室内环境的俯视图像，i_P的坐标通过分析俯视图像中光斑的位置得到。像i_P和像i_R之间的距离表示为 障碍物的高度h由 f_c和 计算得到。 

由于在实际应用过程中，原有方法对室内环境中的障碍物区域和地面区域存在误判现象，即把应该避让的障碍物区域误判为地面区域，把可以通过的地面区域误判为障碍物区域。为了解决这个问题，本发明提出利用主动视觉的方式来获取室内不同位置的高度，利用高度信息来判断该区域是否为障碍物。本方法可以与原有方法联合使用，可以提高导航系统识别障碍物的准确率。 

附图说明

图1示出相机和激光发射装置的安装位置； 

图中：①相机；②激光发射装置 

图2示出计算障碍物高度的几何关系。 

图中：①像平面；②激光发射装置；③障碍物 

具体实施方式

1.相机与激光发射装置的安装 

把相机和激光发射装置安装在天花板上，激光发射装置可以围绕轴心在两个自由度内旋转。图1中O表示相机的光心，相机的光轴与地面垂直，且与地面的交点为O_f。C表示激光发射装置旋转的轴心，沿水平方向旋转的轴线与地面垂直，且与地面的交点为C_f。激光发射装置水平方向旋转转角表示为θ，竖直方面转角为φ。光心O与轴心C位于同一个水平面，即两点到地面的距离相等。 

O点到C点的距离表示为 O到O_f点的距离表示为 和 通过实测的方式获得。相机的焦距为f_c。 

在θ和φ已知的条件下，光斑在地面上的坐标为R(x_R，y_R，0)，其中x_R，和y_R，由公式(1)和(2)计算得到