基于无线通信的移动机器人视觉系统研究

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移动机器人视觉系统是机器人研究与应用领域的一个重要课题,是实现机器人导航的主要技术之一。本文设计了一种基于无线通信的移动机器人视觉系统。该系统设计为应用于采用上下位机架构的移动机器人系统中。移动机器人负责采集周围环境图像,经无线局域网传送给位于运行于PC机的视觉系统,来获取周围环境信息。本视觉系统则通过无线局域网接收机器人终端发送而来的视频图像,进行图像处理,计算障碍物与机器人的相对距离和方位,从而达到感知客观环境的目的。了移动机器人的实时性要求,约定构建无线局域网,使用RTP/RTCP实时数据传输协议来完成采集的视频图像的传输,于是本文实现了一种基于RTP/RTCP协议和Xvid编解码模型的实时图像数据接收和解码功能模块,实时地完成从无线视频图像的接收和解码。环境感知方面,主要研究了从CMOS摄像头中获取的环境图像的识别问题,提出了一种环境感知算法。该算法是基于三个合理的假设提出来的:⑴障碍物和地面在颜色山是可以区分的;⑵地面是相对平坦的,并且地面颜色和图案是相对简单的;⑶没有悬挂的障碍物。   本研究提出的环境感知算法主要分为预处理,图像分割,图像识别及位置信息计算。在预处理中,采用高斯模块平滑去噪,来去除图像中的噪声;在图像分割中,利用实体间不同颜色来区分障碍物和非障碍物。使用RGB彩色图像,选取梯形参考区域作为非障碍物颜色样本,以此样本区域的平均向量和方差来构建一个立方体样本空间,以立方体表面为阀值,位于立方体内的像素点为属于非障碍物的点,反之属于障碍物,来进行图像分割;在图像识别部分,对分割后的图像,采用基于连通区域顺序标记算法的思想,标识障碍物连通区域并计算其在图像空间中的位置;最后将识别部分计算出的障碍物的坐标位置通过单目视觉测距算法,计算出相对距离和方位,存入xml文件,通过socket传送相应的xml文件给决策系统,作为决策输入。整个系统在Linux环境下,基于生产者--消费者模型,采用多线程编程思想,使用Qt库和C++语言来实现。实验数据显示,本视觉系统基本上可以满足移动机器人系统实时性的要求。
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