[发明专利]基于光栅投射立体视觉的机器人视觉系统及导航方法

说明书

本发明属于机器人视觉导航技术领域，尤其涉及一种基于光栅投射立体视觉的机器人视觉系统及导航方法，本发明针对立体视觉不能解决暗环境中自主移动机器人的导航，且需要进行图像匹配，匹配困难大精度不高的问题，采用光栅投射和立体视觉相结合的视觉模型，只需要隔段时间发射光栅条纹，同时摄像机采集一幅图，就可以解决黑暗环境下机器人自主导航中避障，实现机器人的运动估计和精确定位。

技术领域

本发明属于机器人视觉导航技术领域，尤其涉及一种基于 光栅投射立体视觉的机器人视觉系统及导航方法。

背景技术

自主移动机器人是一种能够在各种道路和野外环境下，实 现连续地、实时地自主运行的智能机器人。在工业生产、未知 环境探测、医学、无人驾驶飞机及汽车、危险场合的自动作业、 军事国防等领域都有着广泛的应用前景。

对自主移动机器人来说，最关键的问题就是导航，即在具 有障碍物的未知环境中，获得有效而可靠的环境信息，进行障 碍物检测与识别，并按一定的评价标准实现机器人从起点到目 标点的无碰撞运动。目前，雷达导航需要进行平面或者三维扫 描，在野外地形复杂，路面高低不平的情况下，由于车体的剧 烈颠簸，会出现严重的障碍物的漏检和虚报现象；深空探索机 器人、月球车等则是完全没有GPS信息的支持，无法用GPS进 行导航，只能使用视觉导航。但是，在黑暗环境中且自主移动 机器人携带能源有限无法采用外来光源照明的情况下，如何进 行自主导航，相应的研究较少。

在昏暗或者夜晚环境中，机器人无法采用立体视觉进行导 航，这时它就会像没有“眼睛”一样无法自主移动；而且立体 匹配环节一直是影响立体视觉研究的瓶颈问题，它需要求取同 一场景特征点在两个摄像机中成像的视差来进行场景恢复，在 特征单一的野外环境或者月面环境下提取特征点十分困难，不 仅增加计算量，增加误匹配率，也增大系统误差。

结构光视觉导航主动向周围场景投射结构光(线结构光， 面结构光)，感受周围场景的三维信息，可以适用于黑暗环境中 机器人的导航。线结构光视觉导航中视觉系统需要进行一维扫 描来获得场景的三维信息，这需要通过云台转动或移动平台的 拍摄来实现，在增加设备、增加测量时间的同时，大幅提高了 系统的复杂度，增加了误差源；采用投射光栅的面结构光视觉 导航只需要采集一幅变形条纹图，就可以获得障碍物的距离以 及场景三维形貌，这有利于机器人运动过程中采集场景信息， 因此开展暗环境中光栅投射视觉导航研究是必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于光栅投射立体视 觉的机器人视觉系统及导航方法，通过光栅投射和立体视觉相 融合的方法，开展暗环境中光栅投射视觉导航。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光栅投射立 体视觉的机器人视觉系统，安装在机器人的头部，包括传感器 主体、光栅投射装置、第一摄像机和第二摄像机，光栅投射装 置、第一摄像机和第二摄像机均安装在传感器主体的正前方， 光栅投射装置置于第一摄像机和第二摄像机之间，第一摄像机 和第二摄像机设置在同一水平线上，光栅投射装置的光轴、第 一摄像机的光轴和第二摄像机的光轴均与地面成一定的角度， 机器人在运动过程中，光栅投射装置每隔一定时间向机器人前 方投射光栅条纹，同时，第一摄像机和第二摄像机采集受到机 器人周围场景调制的变形条纹图像，通过变形条纹图像获得障 碍物的距离以及机器人周围场景三维形貌，机器人根据障碍物 的距离以及机器人周围场景三维形貌进行移动。

作为本发明的优化方案，光栅投射装置为光栅条纹仪，第 一摄像机的镜头和第二摄像机的镜头均为CCD镜头。

为解决上述技术问题，利用基于光栅投射立体视觉的机器 人视觉系统进行导航的方法，包括如下步骤：

1)光栅投射装置每隔一定时间向机器人前方投射光栅条纹；