【摘要】：提出一種基于ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)特征和里程計(jì)信息的移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法。該方法提取輸入場景的ORB特征作為顯著路標(biāo),同時提取機(jī)器人里程計(jì)信息計(jì)算行為模式,將顯著路標(biāo)和行為模式作為狀態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行機(jī)器人環(huán)境拓?fù)涞貓D的構(gòu)建�；谔卣髌ヅ浼夹g(shù)進(jìn)行機(jī)器人的狀態(tài)定位,并選擇狀態(tài)中對應(yīng)的行為模式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的路徑跟蹤導(dǎo)航,且在導(dǎo)航過程中有防止偏移既定路線的調(diào)整機(jī)制。實(shí)驗(yàn)表明:文中的方法能夠較好的完成機(jī)器人的導(dǎo)航任務(wù),并且對環(huán)境中的動態(tài)信息具有一定的魯棒性。
【圖文】：

?d(1)在滿足實(shí)時的基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮精度的需求，對FAST特征點(diǎn)加入方向特性，OＲB采用的方法如下:對一個圖像區(qū)域定義一個矩:mpq=∑x，yxpypIx，()y(2)通過這個矩找到圖像區(qū)域的質(zhì)心。C=m10m00，m01m()00(3)其中，(x，y)為FAST角點(diǎn)的坐標(biāo)，圓形鄰域半徑r，(x，y)的取值范圍是［－r，r］，C為圓形鄰域的質(zhì)心。這樣就得到一個向量OC，而向量OC的方向θ即為FAST特征點(diǎn)的方向:θ=atan2m01，m()10(4)式中，atan2表示取值區(qū)間在(－π，π］的反正切函數(shù)。圖1為機(jī)器人獲得的不同幀輸入場景及其中提取出的OＲB特征點(diǎn)，圖中圓內(nèi)的直線代表特征點(diǎn)的方向。圖1不同輸入場景中的特征點(diǎn)檢測2局部描述子提取在機(jī)器人視覺導(dǎo)航中，需要對提取的特征進(jìn)行描述，穩(wěn)定高效的描述子是后續(xù)匹配工作的前提。OＲB特征采用的是基于BＲIEF描述子的改進(jìn)算法。BＲIEF特征描述子［9］描述簡單、占用存儲空間孝速度快，它的思想是圖像特征點(diǎn)鄰域可以用相對少量的灰度對比來表達(dá)。在S×S大小的圖像鄰域P上定義τ測試:τp;x，()y=1，p()x＜p()y0，p()x≥p(){y(5)其中，p(x)是圖像鄰域P在x處的灰度值。選擇n個測試點(diǎn)對生成n維的二進(jìn)制串，即為BＲIEF描述子。fn()p=∑1≤i≤n2i－1τp;xi，y()i(6)OＲB根據(jù)特征點(diǎn)的主方向?qū)ＲIEF描述子加入了旋轉(zhuǎn)不變性，稱為steeredBＲIEF。加入方向特征的steeredBＲIEF具有更好的區(qū)分性和不相關(guān)性，從而提高匹配的精度。3視覺導(dǎo)航方法圖2為本文移動機(jī)器人的導(dǎo)航方法，包括兩大部分，路徑學(xué)習(xí)以及狀態(tài)定位與導(dǎo)航。圖2移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法流程圖第一部分:路徑學(xué)習(xí)，，在未知環(huán)境中，預(yù)先指定路徑

湫⑺俁瓤歟噫?的思想是圖像特征點(diǎn)鄰域可以用相對少量的灰度對比來表達(dá)。在S×S大小的圖像鄰域P上定義τ測試:τp;x，()y=1，p()x＜p()y0，p()x≥p(){y(5)其中，p(x)是圖像鄰域P在x處的灰度值。選擇n個測試點(diǎn)對生成n維的二進(jìn)制串，即為BＲIEF描述子。fn()p=∑1≤i≤n2i－1τp;xi，y()i(6)OＲB根據(jù)特征點(diǎn)的主方向?qū)ＲIEF描述子加入了旋轉(zhuǎn)不變性，稱為steeredBＲIEF。加入方向特征的steeredBＲIEF具有更好的區(qū)分性和不相關(guān)性，從而提高匹配的精度。3視覺導(dǎo)航方法圖2為本文移動機(jī)器人的導(dǎo)航方法，包括兩大部分，路徑學(xué)習(xí)以及狀態(tài)定位與導(dǎo)航。圖2移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航方法流程圖第一部分:路徑學(xué)習(xí)，在未知環(huán)境中，預(yù)先指定路徑給機(jī)器人學(xué)習(xí)，機(jī)器人通過視覺系統(tǒng)不斷檢測環(huán)境并記錄環(huán)境特征，同時記錄里程計(jì)信息計(jì)算相應(yīng)的行為模式，將環(huán)境特征和行為模式作為狀態(tài)節(jié)點(diǎn)來構(gòu)建拓?fù)涞貓D。第二部分是狀態(tài)定位與導(dǎo)航:機(jī)器人對比原先學(xué)習(xí)過的路徑狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，即視覺系統(tǒng)檢測并保存的環(huán)境特征，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)定位并選擇對應(yīng)的行為模式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。3．1路徑學(xué)習(xí)機(jī)器人路徑學(xué)習(xí)是建立基于狀態(tài)的環(huán)境拓?fù)涞貓D的過程，每一個狀態(tài)中都記錄了相應(yīng)的環(huán)境特征信息，機(jī)器人行走于預(yù)先指定路徑時，首先進(jìn)行環(huán)境特征的采樣，即視覺系統(tǒng)采集得到的圖像的OＲB描述子，隨時間的不同分割機(jī)器人路徑為離散的狀態(tài)。當(dāng)兩幀圖像的相似度在一定閾值以下時，新的狀態(tài)節(jié)點(diǎn)被保存添加到環(huán)境拓?fù)涞貓D中。這種方法可以方便的自主選擇狀態(tài)數(shù)量以適應(yīng)不同的環(huán)境。兩幅圖像的相似度判定以圖像中匹配成功的特征點(diǎn)數(shù)與提取特征點(diǎn)總數(shù)的比值來確定。采用特征點(diǎn)向量的Hamming距離進(jìn)行特征點(diǎn)的匹配，以輸入場景的特征點(diǎn)為基?

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本文編號：2562147