服务机器人机器视觉的设计与应用.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TP242密级：公开UDC：620学号：152759服务机器人机器视觉的设计与应用研究生姓名：郭郛导师姓名：金世俊申请学位类别工程硕士学位授予单位东南大学一级学科名称仪器仪表工程论文答辩日期2018年6月2日二级学科名称智能测控技术学位授予日期20年月日答辩委员会主席范磊评阅人范磊Z220252018年6月2日硕士学位论文服务机器人机器视觉的设计与应用专业名称：仪器仪表工程研究生姓名：郭郛导师姓名：金世俊DESIGNANDAPPLICATIONOFSERVICEROBOTMACHINEVISIONAThesisubmittedt

2、oSoutheastUniversityFortheProfessionalDegreeofMasterofEngineeringBYGUOFUSupervisedbyJINSHIJUNSchoolofInstrumentScienceandEngineeringSoutheastUniversityApril2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书

3、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊

4、登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要近年来，随着社会老龄化程度的发展和人力成本的不断上涨，很多宾馆、饭店、疗养院等场所都面临着服务人员缺乏的困境。同时，随着计算机硬件和人工智能技术不断发展，各种各样的智能产品不断涌现，逐渐开始走入千家万户。服务机器人作为很多服务业岗位的低成本替代选择，已经开始崭露头角，向实用化不断迈进。本文以自主开发的服务机器人作为实验平台，设计了一套基于单目摄像头的服务机器人机器视觉系统。本文的主要研究内容有如下几个部分：介绍了本文所搭建的服务机器人的系统架构和软硬件设计，分析阐述了基于STM32的下位机电

5、路单板设计，介绍了兼做上位机使用的的嵌入式图像处理平台NvidiaJETSONTX2的软硬件架构。建立了相机的光学模型，介绍了世界坐标系、图像坐标系和相机坐标系及它们之间的转换方法。在相机小孔成像模型基础上引入畸变，建立了非线性成像模型。基于Linux的V4L2驱动框架进行了摄像头驱动的编写，使用基于移动平面模板的标定方法完成了摄像头内外参数的标定。研究实现了服务机器人定位识别室内门牌的功能。分析阐述了门牌图像的预处理算法，包括灰度化处理，对图像进行直方图均衡以化增强细节，使用高斯滤波器滤除噪声等。使用Canny算法检测图片中的边缘，对常见的椭圆形门牌和矩

6、形门牌进行了检测识别。根据门牌形状特征进行筛选。针对室内光照动态范围大的特点，使用基于区域亮度的自适应阈值进行图片二值化。使用投影法进行字符分割，通过模板匹配进行字符识别。实验证明了该门牌识别系统的有效性。研究实现了服务机器人基于单目摄像头的视觉里程计功能。介绍了极线几何约束，在此基础上引出了描述相机位姿变化的基础矩阵和本质矩阵，建立了单目视觉里程计模型。分析阐述了三种常用的特征提取算法，通过实验对比分析，选择FAST算法提取图像特征。介绍了光流法原理，使用KLT法对特征点进行基于稀疏光流的跟踪匹配，加快了系统运算速度，使用RANSAC算法对误匹配点进行了

7、剔除。依据视觉里程计模型求解服务机器人位姿变化，提取运动轨迹。在走廊和房间两种具有不同特点的场景内进行实验，验证了该视觉里程计的有效性。关键词：服务机器人，机器视觉，门牌识别，单目视觉里程计，运动估计IAbstractAbstractInrecentyears,asagingsocietyiscomingtoChina,thecostoflaborisrising,manyhotels,restaurants,nursinghomesandotherplaceshavefallenintotheplightoflackofservicepersonnel.

8、Atthesametime,withthecontinuousde