基于天花板的移动机器人视觉定位方法的研究

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1、基于天花板的移动机器人视觉定位方法的研究　　摘要：为了实现室内移动机器人的自定位，考虑到室内的复杂程度和环境特色，设计一种基于单目视觉的移动机器人定位系统。机器人在室内带有天花板路标信息的环境下，以颜色和形状结合的路标作为特征，通过机器人头顶与天花板垂直的摄像机，运用彩色图像分割轮廓矩匹配的方法识别路标，解析路标携带的世界坐标信息，从而计算出机器人的全局位置和航向角。该方法大大提高了图像处理和特征提取的速度，通过实验验证，其满足定位系统的实时性和鲁棒性要求。　　关键词：视觉定位；天花板；移动机器人；路标；彩色图

2、像分割　　中图分类号：TN911.73?34；TP391.41文献标识码：A文章编号：1004?373X（2016）23?0129?04　　Researchonceiling?basedvisuallocationmethodofmobilerobot　　ZHUYingying，XIEMing，WANGDeming，MEILei，DENGXin　　（CollegeofElectricalEngineeringandControlScience，NanjingTechUniversity，Nanjing21181

3、6，China）　　Abstract：Inordertorealizetheself?locationoftheindoormobilerobot，amobilerobotlocationsystembasedonmonocularvisionwasdesignedinconsiderationoftheindoorcomplexityandenvironmentfeature.Thelandmarkcombiningcolorandshapeistaken4astherobotfeatureintheindo

4、orenvironmentwiththeceilinglandmarkinformation.Thecolorimagesegmentationandcontourmatchingmethodisusedtorecognizethelandmarkbymeansofthecamerawhoseheadisverticaltothecei?ling，soastoanalyzetheworldcoordinateinformationofthelandmark，andcalculatetheglobalpositi

5、onandazimuthangleoftherobot.Thismethodcanimprovethespeedofimageprocessingandfeatureextractiongreatly.Theexperimentalresultsshowthismethodcansatisfytherequirementsofsystemreal?timeperformanceandrobustness.　　Keywords：visuallocation；ceiling；mobilerobot；landmark

6、；colorimagesegmentation　　0引言　　在移动机器人研究的领域中，自主定位和导航一直是研究的热点，其中定位一直是首要解决的问题，即确定移动机器人在全局环境中的位置和方向。目前对于不同的4传感器提出了很多定位方法，主要分为相对定位法和绝对定位法。随着机器视觉的图像处理技术的不断提高，路标定位法的高速度、高精度的特点使其应用更加广泛。文献[1]提出了一种基于直线和单特征点的视觉推算定位方法，通过固定在移动机器人上的摄像机提取天花板图像中的两条相交直线及其交点，通过直线的方向估计机器人的方位，再根

7、据相交点的像素坐标变化量推算出机器人的位置。文献[2]提出了一种在天花板上贴人工混合编码路标的方法，通过选取合适的动态阈值提取路标像上的编码信息和重心坐标，从而换算出机器人在环境中的位置和航向，实现定位。文献[3]提出一种可用于图书馆内图书运载车的车辆室内自动定位定向方法，借鉴二维条形码思想设计路标，将路标放置在图书馆天花板上，由安装于图书运载车上，且光轴和天花板垂直的摄像机进行识别定位。文献[4]利用彩色图像对移动机器人进行定位，将颜色转换到HSI空间中，在结构上采用全局静态视觉，给移动机器人设置着色标记，利

8、用标记的颜色信息识别移动机器人从而确定其位置。　　本文提出一种基于天花板路标的机器人视觉定位方法，设计出一种颜色和形状结合、具有高识别度的路标，移动机器人头顶安装摄像头，指向并垂直于天花板平面，机器人在行驶过程中采集天花板路标，通过图像预处理、颜色分割、特征提取等技术定位人工路标，解读路标中包含的世界坐标信息，计算机器人的当前位置和航向角。　　1系统描述　　本系统的载体为人形移动机器人