基于全方位双目视觉深度信息融合的移动机器人避障装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明基于全方位双目视觉深度信息融合的移动机器人避障装置，属于移动机器 人视觉信息获取上的一种改造技术。
【背景技术】
[0002] 机器人技术的研究已经有几十年的历史。这个过程是一个简单到复杂、单一到多 样、低级到高级不断发展的过程。各种传感器的引入对机器人感知周围环境提供了越来越 多的可能。为了更好地模拟人类获取环境信息的机制，人们为机器人引入了视觉传感器。而 双目视觉传感器更是一种直接模拟人类双眼的一种获取视觉信息的传感器。
[0003] 传统单目视觉传感器在获取空间三维信息的时候，丢失了物体的深度信息。也就 是说，我们不能仅从一个视觉传感器获得物体完整的空间三维信息。立体视觉正是这样一 种利用两个或者多个视觉传感器来获取物体深度信息从而得到完整空间三维信息的技术。 双目视觉，顾名思义，是一种仅利用两个视觉传感器模拟人类双眼来获取物体深度信息的 一种技术。这样一种技术在机器人领域，特别是移动机器人领域已经得到了广泛应用。它在 帮助机器人感知周围环境方面取得了巨大的成功。然而，传统的移动机器人仅仅配备一组 双目视觉传感器，也就是说，同一时刻仅能获得一个方向上，或者一定范围内的环境信息， 并不能同时获得周围360度范围的环境信息，这对于移动机器人的快速响应性能产生了很 大的影响。比如，当移动机器人想获得背后的环境信息时，只能通过调转方向，将视觉传感 器对准想要获取信息的方向才能得到，这对于一个需要快速响应的移动机器人的性能产生 了很大的影响。一个实际的例子就是在机器人足球比赛中，如果能有一个可以同时感知周 围360度环境信息的视觉传感器，那么这个机器人的性能将大大提升。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的正是为了解决传统双目视觉传感器不能实时获取全方位环境信息 这个问题，在基于双目视觉深度信息的基础上，提出一种全方位深度信息融合的移动机器 人避障装置。
[0005] 本发明专利的技术方案是：
[0006] 基于全方位深度信息融合的移动机器人避障装置，包括深度信息融合装置（1)、移 动机器人平台（2)和障碍物（3)。装载在移动机器人（2)上的深度信息融合装置（1)在移 动过程中实时获取环境中障碍物（3)的深度信息并将这些信息融合为全方位障碍物位置 信息，移动机器人平台（2)根据障碍物位置信息进行路径规划达到避障目的。
[0007] 上述深度信息融合装置（1)包括四组双目相机单元（11)、立体匹配单元（12)、深 度计算单元（13)、深度信息融合单元（14)组成。其主要原理是水平面360度范围平均分布 的四组双目相机单元（11)分别获取对应方向的参考图像和目标图像；立体匹配单元（12) 计算参考图像和目标图像的视差；深度计算单元（13)根据立体匹配结果计算对应方向上 深度图像；深度信息融合单元（14)根据融合规则将四个方向得到的深度图像融合为360度 范围的障碍物信息。
[0008] 上述立体匹配单元（12)包括立体相机标定单元（121)、立体相机校正单元 (122)、匹配代价函数计算单元（123)、匹配代价函数聚合单元、视差计算代价函数优化单元 (125)。其中，立体相机标定单元（121)用来获取相机的内部参数和外部参数；立体相机校 正单元（122)使用标定得到的内部参数和外部参数去除镜头畸变，并将立体图像对转变为 标准形式；匹配代价函数计算单元（123)用来根据参考图像和目标图像构造代价函数；视 差计算代价函数优化单元（125)是一个视差计算寻优单元，其目的是为了寻找计算视差代 价函数的最小值。
[0009] 上述深度计算单元（13)利用立体匹配单元（12)得到的视差图根据三角原理计算 深度信息图。
[0010] 上述深度信息融合单元（14)包括极轴融合单元（141)、极角融合单元（142)和高 度融合单元（143)。其中，极轴融合单元（141)计算水平面障碍物某一点到深度信息融合装 置（1)中心点的距离；极角融合单元（142)计算水平面障碍物某一点与起始轴的夹角；高 度融合单元（143)计算水平面障碍物某一点到地面的距离。然后将极轴、极角和高度信息 融合在一起就得到了周围环境信息。
【附图说明】
[0011] 图1深度信息融合装置与移动机器人平台及障碍物关系示意图
[0012] 图2深度信息融合装置原理框图
[0013] 图3立体匹配单元原理框图
[0014] 图4深度信息融合单元原理框图
[0015] 图5视差与深度关系原理图
[0016] 图6距地面高度与深度关系原理图
[0017] 图7深度信息融合原理图
【具体实施方式】
[0018] 本发明涉及基于全方位深度信息融合的移动机器人避障装置，在双目视觉获得深 度信息的基础上，利用四组双目视觉传感器深度信息进行融合，能够实时获取移动机器人 周围障碍物信息，从而帮助机器人快速进行路径规划。下面结合【附图说明】本发明涉及的一 种基于全方位深度信息融合的移动机器人避障装置的【具体实施方式】。
[0019] 图1是深度信息融合装置与移动机器人平台及障碍物关系示意图。图1中深度信 息融合装置装载在移动机器人平台上，并为移动机器人平台提供周围环境的障碍物信息。 移动机器人平台根据深度信息融合装置提供的障碍物信息实时规划路径，达到避开障碍物 的目的。
[0020] 图2是深度信息融合装置原理框图。图2介绍了深度信息融合装置的工作原理： 平均分布在四个方向上的双目相机单元实时采集四个方向上的场景信息，并以左右图像对 的形式传递到立体匹配单元；立体匹配单元利用传递过来的左右图像对进行立体匹配，并 以视差图的形式输出；深度计算单元利用传递过来的视差度，并结合双目相机标定以及校 正的结果计算出场景深度信息，并以深度信息图的形式输出；深度信息融合单元结合四个 方向传递过来的深度信息图，以一定的深度信息融合规则将四个方向上的深度信息图融合 为一个以柱坐标表示形式的深度信息输出。
[0021] 图3是立体匹配单元原理框图。图3介绍了立体匹配单元的工作原理：首先，没有 标定过的双目相机单元先要进行离线标定操作。标定操作的目的是找到双目相机单元的内 部参数（焦距、图像