基于视觉的轮椅机器人目标识别与定位研究

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1、中图分类号：TP276密级：公开UDC：621.3单位代码：10460基于视觉的轮椅机器人目标识别与定位研究TheResearchofIntelligentWheelchairRobotBasedonVisualTargetIdentificationandOrientation申请人姓名杜冬梅申请学位工学硕士学科专业控制理论与控制工程研究方向机器视觉导师王红旗职称副教授提交日期2013年6月7日答辩日期2013年6月10日河南理工大学河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我

2、个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容

3、编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日致谢在本论文完成之际，向所有教导过我的师长表示衷心的感谢，向所有关心和帮助我的亲人和朋友表示由衷的感激！在研究生学习和研究期间，导师王红旗给予了全方位悉心的指导和帮助，为课题的研究、论文的选题和写作倾注了不少智慧和心血。论文的很多重要研究成果都是在与王红旗老师共同探讨和研究的基础上得到的，导师兢兢业业、严谨

4、求实、大胆创新的精神使我受益匪浅，并将继续激励我奋发向上。几年来，王老师一直给我提供优越的学习和研究环境，在工作和生活中给予了很多无私的帮助。没有王老师的鼓励、支持和帮助本论文难以完成，在此向导师表示衷心的感谢和深深的敬意！由衷感谢孙抗老师、李冰峰老师、王科平老师的关心和帮助，他们渊博的知识，不辞辛劳、刻苦钻研的精神令我印象深刻，是我学习的楷模。感谢师弟王骏梦在学习上和研究生给我莫大的帮助，感谢实验室的全体成员在生活和学习上的关照，在此表达诚挚的谢意。衷心感谢我的父母多年来在学习和生活上给予我的莫大关

5、心、鼓励和支持，使我顺利完成学业。他们总是在最困难的时候及时支持和鼓励我，给我前进的动力。最后，再次衷心地感谢所有给予我关心和帮助的师长、亲人、朋友和同学们！摘要目标识别与定位是智能轮椅机器人视觉的基本任务之一，也是智能轮椅机器人感知能力和智能水平的重要标志。视觉传感器能够提供丰富的信息，已成为移动机器人常用的配置，所以研究基于视觉的智能轮椅机器人的目标识别与定位有着十分重要的意义。本文针对传统的移动机器人目标识别实时性差和测距精度差的问题，研究了提高识别实时性和定位精度的算法。本文的研究工作主要从以

6、下几个方面展开：(1)介绍了摄像机标定常用的成像几何模型，摄像机标定的意义以及标定方法。针对轮椅机器人的目标识别与定位的需要，采用了标定方法简单的张正友标定方法对实验所用的摄像机进行了标定得出了摄像机的参数值。(2)基于局部特征的目标识别算法研究。首先详述了视觉特征提取的常见算法，比较了SIFT（ScaleInvariantFeatureTransform）算法与SURF（SpeededUpRobustFeatures）算法，提出了改进的SURF算法，利用改进的SURF算法提取视觉图像特征，利用最近邻

7、查询算法对目标特征进行匹配和用RANSAC（RANdomSampleConsensus）算法消除误匹配点，并实验验证了该改进算法的时效性。(3)在实现目标识别的基础上，根据人眼原理通过两个相对位置已知的摄像机拍摄目标物。根据图像坐标与摄像机坐标的转换关系以及最小二乘法计算目标物在摄像机坐标系下的坐标。拟定轮椅机器人的运动轨迹，用OpenCV编程实现坐标的计算，最后将实际目标物的位置与实验获得的目标物位置做了比较并得出误差值。实验证明该定位算法具有较高的精度。本文所提出的算法是在VS2008环境下利用O

8、penCV2.3.1软件开发并调试完成，并对拍摄的图像进行了实验，实验表明本文所用的算法能够达到预期效果。关键词：目标识别；改进SURF算法；摄像机标定；双目视觉测距；目标定位IIIAbstractTargetrecognitionandorientationisoneofthebasictaskoftheintelligentwheelchairrobot,andit’salsotheimportantsymbolofintelligentwheelc