基于双目立体视觉的特征点提取与定位方法研究

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随着人工智能和机器视觉的快速发展和人类科技的巨大进步,人们对于生活水平的要求也越来越高,生活的品质和舒适度成为评价人们生活水平的新指标。因此,家居生活的智能化和自动化成为了人们需求的重要方向,智能家居服务机器人的研究也成为了现今机器人研究的热点之一。本文主要针对室内环境下的智能家居服务机器人基于双目立体视觉的特征点提取与定位方法进行了深入的研究和大量的实验,区别于家具等极易变化的室内定位特征,选取室内墙角这一比较稳定的定位信息作为机器人的定位特征。结合室内环境中常见的三种光照条件进行了大量的关于摄像机标定参数受光照因素影响的实验及对比分析,提出了一种基于SIFT算法的改进立体匹配方法应用于解决智能家居服务机器人的绝对定位问题,并基于旅行家Ⅱ号机器人平台实现了软件程序的自主开发和最终的特征点提取与定位。1)介绍了基于双目立体视觉的特征点提取与定位方法和智能家居服务机器人的研究意义、背景及国内外研究现状。研究了双目立体视觉的测量原理和相关的坐标系及其转换关系。对双目摄像机获取的图像进行了灰度、滤波等预处理工作,为后续的图像处理打下了良好的基础。2)分析了摄像机的线性模型和非线性模型,针对室内环境中常见的三种光照条件,利用张正友摄像机标定法,通过大量的实验,对比分析了强光、暗光和灯光条件对摄像机标定参数的影响,实验结果表明:针对本文的应用前景,摄像机标定无需考虑光照条件,特征点提取与定位的误差主要与测试时特征点提取精度有关。3)深入研究了基于Harris算法和SIFT算法的特征提取和立体匹配,针对本文的应用条件和背景,提出了一种基于SIFT算法的改进立体匹配方法进行立体匹配,实验结果表明该方法大大提高了匹配的准确率和匹配效率。最终,本文基于OpenCV和Microsoft Visual C++6.0开发软件,应用MFC模块自主开发了应用程序,成功实现了图像预处理、摄像机标定算法、立体匹配算法、定位特征点三维坐标求取和距离运算等功能,并在旅行家Ⅱ号智能机器人平台上成功运行。
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