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4 视觉导航
视觉导航是移动机器人一种导航方式,并且基本视觉导航的研究是未来移动机器人导航的主要发展方向之一。该视觉子系统在整个系统中的作用是将摄像头采集周围环境的视觉信息进行图像理解,并根据图像处理算法控制机器人运动。所谓“图像理解”就是通过处理图像数据来获得对图像所反映的场景的理解,包括图像中含有哪些物体以及它们在图像中的位置。罔像中蕴含丰富信息,只需从中提取出有用信息即可。因此,罔像理解算法往往是根据具体目的而制定的,有一定的适用条件和局限性。
4.1 图像预处理
原始图像为Logiteeh摄像头采集的一幅室内用蓝色标签制作的结构化道路图片,像素大小为320x240,首先将原始图像进行灰度变换,并通过选取合适的阈值进行二值化处理。然后提取罔像有用信息,通过形态学的膨胀腐蚀等操作提取前进方向。如图2所示。
图3为常见的边缘算子检测效果比较。从图3中可看出Canny和Sobel算子检测效果相对好些,其中Sobel算子对噪声具有平滑作用,能提供较为精确的边缘方向信息。这里采用Sobel算子进行检测,如图4所示。
根据图4,系统通过hough变换检测两条直线的位置,测出图像的两条边缘线离两端的像素大小,再根据实际地面距离进行标定,便可获知机器人所在位置。
4.2 模板匹配算法
模板匹配技术是图像目标识别技术中一个重要的研究方向,具有算法简单、计算量小以及识别率高等特点,目前在目标识别领域得到广泛应用。它是用一个较小的图像,将模板与源图像相比较,确定在源图像中是否存在与该模板相同或相似的区域,若该区域存在,可确定其位置并提取该区域。它常采用模板与源图像对应区域的误差平方和作为测度。