專利名稱：一種室內(nèi)視覺導(dǎo)航用障礙物高度檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于視覺導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在室內(nèi)環(huán)境中檢測(cè)地面障礙物高度的方法。
背景技術(shù)：
視覺導(dǎo)航是指利用圖像傳感器獲取環(huán)境的信息，通過分析環(huán)境圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人導(dǎo)航的技術(shù)。視覺導(dǎo)航獲取信息的方式與人類相同，因此被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ膶?dǎo)航技術(shù)之一。在室內(nèi)環(huán)境中，可以把圖像傳感器固定在天花板上以獲取室內(nèi)的俯視圖像，然后通過分析俯視圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的導(dǎo)航。在這種導(dǎo)航方式中，需要對(duì)俯視圖像的地面區(qū)域進(jìn)行分割，通過把機(jī)器人的活動(dòng)限制在地面區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的自動(dòng)躲避?，F(xiàn)有的地面區(qū)域分割方法一般采用地面的顏色、紋理等視覺特征來(lái)提取地面區(qū)域，存在如下兩個(gè)缺占.
^ \\\ ·(1)如果障礙物的視覺特征地面區(qū)域相同，例如放在白色地面上的白色椅子等，則無(wú)法正確分割圖像的地面區(qū)域和障礙物區(qū)域；(2)如果地面區(qū)域的視覺特征不一致，例如地面有一灘墨跡等，會(huì)導(dǎo)致視覺算法把地面區(qū)域誤判為障礙物區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種室內(nèi)視覺導(dǎo)航用障礙物高度檢測(cè)方法。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案，包括下列步驟室內(nèi)的天花板上安裝相機(jī)和激光發(fā)射裝置。激光發(fā)射裝置可旋轉(zhuǎn)的軸心C任意旋轉(zhuǎn)，水平方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角表示為θ，豎直方面轉(zhuǎn)角為φ。軸心C與相機(jī)的光心0位于同一水平面，即到地面的距離相同。0點(diǎn)到C點(diǎn)的距離表示為&，0到 點(diǎn)的距離表示為面”
@和@通過實(shí)測(cè)的方式獲得。相機(jī)的焦距為f。。已知水平轉(zhuǎn)角θ和豎面轉(zhuǎn)角Φ，激光發(fā)射裝置向地面投射光斑。如果沒有障礙物，則光斑投射到地面的R點(diǎn)。R點(diǎn)的坐標(biāo)根據(jù)玩、_以及θ、φ計(jì)算得到。R點(diǎn)在相
機(jī)像平面中的成像為iK，利用小孔相機(jī)模型iK的坐標(biāo)由相機(jī)的焦距f。，⑩以及R的坐標(biāo)
計(jì)算得到。如果地面存在障礙物，則光斑不能到達(dá)地面，而是投射到障礙物的P點(diǎn)，P點(diǎn)到地面的距離，即障礙物的高度h。P點(diǎn)在像平面的成像iP。利用相機(jī)拍攝室內(nèi)環(huán)境的俯視圖像，iP的坐標(biāo)通過分析俯視圖像中光斑的位置得到。像iP和像iK之間的距離表示為障礙物的高度h由M，@，f。和&計(jì)算得到。由于在實(shí)際應(yīng)用過程中，原有方法對(duì)室內(nèi)環(huán)境中的障礙物區(qū)域和地面區(qū)域存在誤
3判現(xiàn)象，即把應(yīng)該避讓的障礙物區(qū)域誤判為地面區(qū)域，把可以通過的地面區(qū)域誤判為障礙物區(qū)域。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明提出利用主動(dòng)視覺的方式來(lái)獲取室內(nèi)不同位置的高度， 利用高度信息來(lái)判斷該區(qū)域是否為障礙物。本方法可以與原有方法聯(lián)合使用，可以提高導(dǎo)航系統(tǒng)識(shí)別障礙物的準(zhǔn)確率。


圖1示出相機(jī)和激光發(fā)射裝置的安裝位置；圖中①相機(jī)；②激光發(fā)射裝置圖2示出計(jì)算障礙物高度的幾何關(guān)系。圖中①像平面；②激光發(fā)射裝置；③障礙物
具體實(shí)施例方式1.相機(jī)與激光發(fā)射裝置的安裝把相機(jī)和激光發(fā)射裝置安裝在天花板上，激光發(fā)射裝置可以圍繞軸心在兩個(gè)自由度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。圖1中0表示相機(jī)的光心，相機(jī)的光軸與地面垂直，且與地面的交點(diǎn)為of。C表示激光發(fā)射裝置旋轉(zhuǎn)的軸心，沿水平方向旋轉(zhuǎn)的軸線與地面垂直，且與地面的交點(diǎn)為cf。激光發(fā)射裝置水平方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角表示為θ，豎直方面轉(zhuǎn)角為φ。光心0與軸心C位于同一個(gè)水平面，即兩點(diǎn)到地面的距離相等。0點(diǎn)到C點(diǎn)的距離表示為&，0到 點(diǎn)的距離表示為~δδ]。@和通過實(shí)
測(cè)的方式獲得。相機(jī)的焦距為f。。在θ和φ已知的條件下，光斑在地面上的坐標(biāo)為R(xK，yK，0)，其中χκ，和yE,由公式(1)和⑵計(jì)算得到
權(quán)利要求
1. 一種在室內(nèi)環(huán)境中檢測(cè)地面障礙物高度的方法，包括下列步驟(1)把相機(jī)和激光發(fā)射裝置安裝在天花板上，激光發(fā)射裝置的旋轉(zhuǎn)軸心C和相機(jī)的光心0在同一水平面；0點(diǎn)到C點(diǎn)的距離為^ ；相機(jī)的光軸與地面垂直，且與地面交于Of點(diǎn)； 0到Of點(diǎn)的距離為⑩，即0點(diǎn)到地面的距離；相機(jī)的焦距為f·。；(2)固定激光發(fā)射裝置的旋轉(zhuǎn)角度，向地面發(fā)射光斑；地面上沒有障礙物時(shí)，光斑投射到地面上，在相機(jī)像平面的成像為iK ；地面上有障礙物時(shí)，光斑投射到障礙物上，在相機(jī)像平面的成像為ip 和ip間存在偏移，表示為^ ；利用小孔相機(jī)模型的幾何成像關(guān)系計(jì)算障礙物的高度h:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在室內(nèi)環(huán)境中檢測(cè)地面障礙物高度的方法，屬于視覺導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明可以幫助室內(nèi)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)正確判斷室內(nèi)環(huán)境中的障礙物區(qū)域和地面區(qū)域。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)的天花板上安裝相機(jī)和激光發(fā)射裝置，激光發(fā)射裝置可圍繞軸心任意旋轉(zhuǎn)。相機(jī)的光心和激光發(fā)射裝置的旋轉(zhuǎn)軸心位于同一水平面。激光發(fā)射裝置向地面投射光斑，如果沒有障礙物光斑可以到達(dá)地面；如果存在障礙物則光斑投射到障礙物上。利用相機(jī)拍攝室內(nèi)的俯視圖像，利用光斑投射到地面和投射到障礙物上成像位置的偏移計(jì)算障礙物的高度。
文檔編號(hào)G01B11/03GK102338621SQ201110105389
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者汪劍鳴, 王勝蓓 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)