挖掘机器人双目视觉系统标定方法与立体匹配.pdf

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1、·电气技术与自动化·王福斌，等·挖掘机器人双目视觉系统标定方法与立体匹配挖掘机器人双目视觉系统标定方法与立体匹配王福斌．一，刘杰，陈至坤，焦春旺(1．东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳1100042．河北联合大学电气工程学院，河北唐山063009)摘要：在挖掘机器人视觉系统实现中，摄像机标定、特征提取、立体匹配是关键环节，而立体匹配又是视觉系统中最复杂、最重要的步骤。首先分析了通用双目立体视觉模型及平行双目立体视觉模型．对挖掘机器人平行双目立体视觉系统测量方法及参数标定进行了研究。结合基于特征的匹配方法

2、，通过对左、右图像角点的提取，实现了基于极线几何约束的特征点匹配。通过对铲斗图像匹配实验，验证了该方法能满足挖掘机器人视觉系统要求。关键词：挖掘机器人；双目视觉；标定；立体匹配；中图分类号：TP242．3文献标识码：A文章编号：1671~276(2012)03-0156-03CalibrationofBinocularVisionSystemandStereoMatchingforExcavatorRobotWANGFu．binl'，LIUJie，CHENZhi．kun。JIA0Chun．wang(1．Me

3、chanicalEngineeringandAutomaticCollege，NortheasternUniversity，Shenyang110004，China；2．ElectricalEngineeringCollege，HebeiUnitedUniversity，Tangshan063009，China)Abstract：Thecamemcalibration，fe~umextractionandstereomatchingarekeylinksinthevisionsystemofexcavato

4、rrobot，espe-cialythestereomatchingwhichisthemostcomplexandimPOrtantstepinthevisionsystem．Thispaperanalyzesthegeneralandper。alelstereobinocularvisualmodelsandstudiesthemeasurementmethodofparallelbinocularsteraovisionsystemandparameterscai-brationoftheexcava

5、torrobot．Combinedwiththematchingmethodbasedoncharacteristicandaccordingtotheextractedangularbointofleftandrightimages．itrealizesthematchingforfeatumpointsbasedonepipolargeometryconstrain．Throughtheexperimemofim·agematchingforbucket。themethodisverifiedthati

6、tmeetstherequirementsofthevisionsystemofexcavatorrobot．Keywords：excavatorrobot；binocularvision；calibration；stereomatching0前言1挖掘机器人双目立体视觉系统模型为实现挖掘机器人自主挖掘、视觉导航、目标定位等控制功能，采用双目立体视觉系统采集环境信息图像。通使用2台摄像机分别从不同角度对同一场景取像，即过对图像进行预处理、分割、特征提取，形成视觉伺服控制构成双目立体视觉系统。由两个摄像机的图

7、像平面与被反馈信息。挖掘机器人在进行目标物挖掘或沟渠挖掘作测物之间构成三角形，基于视差理论获得景物的立体图像业时，要获得挖掘机铲斗末端与目标之间的深度信息，可对，匹配出对应的像点，由视差计算结果和三角测量方法采用双目视差原理对环境目标进行视觉测量。恢复深度信息。为提高视觉测量精度，要对摄像机进行内、外参数标p定，在此基础上再进行双目视觉系统标定。为此建立并分析了通用立体视觉模型及平行双目立体视觉模型，进而分析了双目视差测量原理及基于左右棋盘模板对应特征点的立体视觉标定。双目视觉中的立体匹配问题，是视觉系统实

8、现的关键和难点。立体匹配方法目前主要有局部匹配算法和全局匹配算法。针对挖掘机铲斗的识别特点，结合局部特征匹配方法，通过对左、右图像角点的提取实现了基于极线几何约束的特征点匹配。通过铲斗左、右图像匹配立体实验，验证了该匹配方法的有效性。图1双目立体视觉系统模型基金项目：国家自然科学基金资助项目(50775029)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N090603008)作者简介：王福斌(1968一)。男，山东