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1、基于三維模型定位算法探究摘要：為使清潔機(jī)器人在清掃的房間中能快速確定自己的位置，根據(jù)廣角攝像頭采集到的墻角畫(huà)面圖像中墻角的三條棱線對(duì)應(yīng)的角度關(guān)系，來(lái)確定清潔機(jī)器人離墻面的距離，進(jìn)而確定在房間中的位置。首先對(duì)廣角攝像頭釆集到的畸變圖像進(jìn)行校正，再識(shí)別提取出墻角棱線，最后依據(jù)測(cè)量出來(lái)的房間的高度和位置信息建立三維模型并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬數(shù)學(xué)關(guān)系實(shí)現(xiàn)定位。仿真與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比表明，此算法穩(wěn)定，能夠滿足清潔機(jī)器人的定位需求。關(guān)鍵詞：清潔機(jī)器人；三維建模；墻角棱線夾角；定位中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1006-8228(2013)05-21-04Researcho
2、flocationalgorithmbasedonthree-dimensionalmodelsLiuMei,LiuRenping,ChenSaiqing(Collegeofinformationengineering,NorthChinaUniversityofTechnology,Beijing100144,China)Abstract：Inordertomakethecleanrobotquicklypositionitselfintheroom,thedistanceofrobottothewallisdeterminedbasedonanglesofthre
3、elinesfromacornetinthepicturecollectedbywide~anglecameraontherobotandthenitsownpositionintheroomcanbecalculated?Thefirststepistocorrectthedistortedgraphcollectedbycamera?Thesecondstepistoidentifythelinesfromcorner.Finallythepositioningisrealizedby3-dimmathematicalmodelconstmctedbasedont
4、heheightoftheroomandcoordinate?Simulationresultsshowthatthisalgorithmisstableandcanmeettheneedsofpositioning.Keywords:cleaningrobot；three-dimensionalmodels；anglebetweencornerlines；positioning0引言隨著人們生活水平的提高和智能家居技術(shù)的成熟，清潔機(jī)器人已經(jīng)成為較為普遍使用的日常家電產(chǎn)品。在清潔機(jī)器人路徑規(guī)劃過(guò)程中，清潔機(jī)器人的導(dǎo)航定位是路徑規(guī)劃算法中的一個(gè)難點(diǎn)。清潔機(jī)器人目前有多種
5、導(dǎo)航方式，根據(jù)環(huán)境信息的完整程度，導(dǎo)航指示信號(hào)類型，導(dǎo)航地域等因素的不同，可以分為地圖導(dǎo)航，陸標(biāo)導(dǎo)航，視覺(jué)導(dǎo)航，感知器導(dǎo)航等⑴。本文基于視覺(jué)導(dǎo)航進(jìn)行研究。視覺(jué)導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn)在于探測(cè)范圍廣，能最大采集周圍環(huán)境信息，缺點(diǎn)是處理圖像所需計(jì)算量大。我們釆用廣角攝像頭釆集到的墻角圖像信息及超聲波檢測(cè)到的房間高度信息來(lái)建立一個(gè)三維模型，從而確定清潔機(jī)器人在房間中所處的位置，為之后尋找效率最快的全覆蓋路徑規(guī)劃作好準(zhǔn)備。1廣角鏡頭圖像畸變校正1.1畸變校正原理廣角鏡頭光學(xué)系統(tǒng)由于攝像機(jī)本身的構(gòu)造，以及制造、安裝、工藝等因素導(dǎo)致的各種非線性畸變，如徑向畸變，離心畸變和薄棱鏡畸變等，其空間點(diǎn)
6、與其圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間是一種復(fù)雜的非線性關(guān)系，一般分為徑向畸變與切向畸變［2］,Tsai已經(jīng)證明，對(duì)于大多數(shù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，切向畸變可以忽略［3］。因此本文只考慮徑向畸變。本文采用平面網(wǎng)絡(luò)模板法對(duì)攝像機(jī)圖像進(jìn)行非線性畸變較正。平面模板法的原理是利用一個(gè)特定模板，如平面模板或同心圓模板，描述理想圖和畸變圖之間的地址映射，以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的非線性校正。1.2平面網(wǎng)格模板法平面網(wǎng)格模板法一般有三個(gè)步聚：制定模板，特征點(diǎn)提取和鏡頭畸變系數(shù)求解。網(wǎng)格標(biāo)定模板可以通過(guò)程序自動(dòng)生成點(diǎn)陣圖案來(lái)制作，如圖1所示，圖1中各網(wǎng)格線選用不同的灰度值。圖1網(wǎng)格標(biāo)定板在攝像頭顯示器窗口，增加一個(gè)可視
7、十字架。移動(dòng)標(biāo)定模板使模板上的十字架和顯示器上觀察窗口的十字架重合，此時(shí)捕獲一副圖像。其對(duì)應(yīng)的畸變圖如圖2所示。圖2畸變圖像特征點(diǎn)提取步驟如下。理想網(wǎng)格點(diǎn)（x,y）計(jì)算：圖像中心附近小范圍內(nèi)畸變很小，可以忽略，以中心四鄰域的四個(gè)網(wǎng)格交點(diǎn)作為無(wú)畸變的理想點(diǎn)，由于網(wǎng)格是等間距的，可以推算出其他網(wǎng)格交點(diǎn)的理想坐標(biāo)。實(shí)際網(wǎng)格點(diǎn)（，）提?。河捎诰W(wǎng)格線平行交叉，以網(wǎng)格交點(diǎn)為頂點(diǎn)形成一個(gè)解析曲面。遠(yuǎn)離標(biāo)定模板中心的網(wǎng)格交點(diǎn)，在成像后，由于鏡頭的畸變，曲面頂點(diǎn)將發(fā)生偏移。假設(shè)解析曲面用二元二次多項(xiàng)式擬合，如公式：(1.1)其中，P表示曲面上的灰度值，在像素交點(diǎn)及周圍
