基于計算機視覺的導引系統(tǒng)中若干關鍵技術的研究與實現(xiàn).pdf

1、基于計算機視覺的導引系統(tǒng)是計算機視覺工程應用的一個方面。由于它導引精度較高，設備價格較低廉，并且可以根據(jù)環(huán)境的具體情況對導引軌跡進行自主調(diào)整，近幾年來被廣泛地應用到工程實踐中。 本文主要對視覺導引系統(tǒng)中的三個主要技術環(huán)節(jié)——目標的提取、描述和跟蹤，開展了深入的理論分析和試驗研究工作，取得了滿意的成果；并已將這些研究成果運用到兩個實際的導引系統(tǒng)——無人機自動回收系統(tǒng)和碼頭裝卸車自動導引系統(tǒng)，都取得了很好的實用效果。 在工程

2、應用方面，本文首先總結了基于計算機視覺的導引系統(tǒng)的共同特點，即都具有三個主要的技術環(huán)節(jié)：導引目標的提取、導引目標的描述和識別、導引目標的跟蹤。提出了視覺導引系統(tǒng)的設計思路：通過對這三個技術環(huán)節(jié)的設計，將它們設計為相互關聯(lián)的三個功能模塊。然后再以此為中心，根據(jù)系統(tǒng)的具體要求搭建外圍設備。并且以此方法對上述的兩個視覺導引系統(tǒng)進行了方案的設計和數(shù)學建模的論證。 在關鍵技術研究方面，本文重點做了三個方面的研究： 1. 對導引目標

3、的提取技術做了深入的研究。在邊緣檢測方面，認為對圖像的邊緣進行檢測時，要考慮到邊緣的矢量性，提出了一系列的基于形態(tài)學梯度矢量的邊緣檢測算子——DMGO；在圖像分割方面，在最佳閾值分割算法的基礎之上，提出了一種多尺度的最佳閾值分割方法——MSOT；在二值圖像的修補方面，提出了一種快速簡單的孤點消除、斷點連接的算法，可以對圖像分割后的二值圖像進行優(yōu)化，使圖像中的邊緣更加完整和平滑。 2. 在導引目標的描述技術方面。本文分析了不變矩描

4、述子、改進了不變矩描述子的缺陷，以及不變矩描述子的一些幾何特性。首次提出了一種新穎的用于目標區(qū)域識別的描述子——EED描述子。對EED描述子的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放的不變性給出了規(guī)整的數(shù)學理論證明；并提出了EED還具有對多尺度性、細節(jié)差異、形變的不變性。對于不同噪聲干擾后的二值圖像中的目標區(qū)域，均能進行很好地描述和識別。并且針對上述特點給出了不少的例證。 3. 本文還指出了導引目標跟蹤應該以系統(tǒng)跟蹤的速度和精度作為評價的指標。建立了窗

5、口跟蹤法跟蹤視覺目標的數(shù)學模型，指出了視覺處理中有兩個重要的方面直接影響著跟蹤的速度和精度——跟蹤窗口的大小和位置、圖像處理的質(zhì)量。首次提出了一套完整的、用于基于視覺導引系統(tǒng)的目標跟蹤功能模塊解決方案。 最后，對上述的兩個導引系統(tǒng)進行了詳細的設計，將本文主要的研究成果應用到這兩個導引系統(tǒng)中，并實現(xiàn)了原理樣機。在碼頭裝卸車自動導引系統(tǒng)中，文章首次提出了十分新穎的AGV的自動導引方式——利用計算機視覺和車輪編碼器進行航位推算（DR）