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单目视觉导航智能车系统研究与实现

作　者: 马尧阶
导　师: 沙莎
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 单目视觉导航智能车场景重建系统设计和实现
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

视觉导航智能车研究属于视觉伺服的范畴。针对典型的单目手眼视觉伺服系统,从视觉传感器的信息映射规律、系统设计与实现、视觉导航应用问题讨论及实验验证分析几个方面展开相关研究。信息映射规律。在一定的空间约束条件下,从导航场景中抽象出两类特殊平面并推导了相应的信息映射规律,然后在此基础上给出了两种单目视觉测距方法。系统设计和实现。主要包括硬件系统、软件系统和通信方式设计和实现。硬件部分改进了智能车运动控制中方向和速度调节的执行机构,并在CPLD中实现了关键的硬件电路；软件部分重在系统的二次开发功能,以动态库接口的形式开放了主程序中的可操作资源；通信部分则主要解决了智能车运动控制中软硬件通信的指令格式问题,并保证了控制对象的可扩展性。应用问题研究。其中视觉伺服流程分析对一般控制框图在时间上进行了微观解析并完成了PID控制器的设计；摄像头成像范围研究以精确的数学形式描述了场景中的可用区域；坐标变换关系推导为从图像中直接提取运动控制量提供了途径；最后的视觉导航方法研究则主要讨论智能车的运动控制方法及如何根据相对位置关系构建二次路标的问题。实验验证和分析。以导航路标提取和场景重建实验为基础,将相关技术综合运用到压线导航实验中。结果表明,在导航路径提取正确、压线偏移量符合计算规律及控制参数选择合理的条件下,系统能够在室内和室外环境下稳定运行。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 视觉导航分类  10-12
  1.3 研究现状及发展趋势  12-15
    1.3.1 国内外研究现状  12-14
    1.3.2 相关技术发展趋势  14-15
  1.4 研究内容及意义  15-16
    1.4.1 主要研究内容  15-16
    1.4.2 课题研究意义  16
  1.5 章节安排  16-17
第二章视觉传感器信息映射规律  17-27
  2.1 基础关系  17-20
    2.1.1 摄像头成像原理  17-19
    2.1.2 运动场景分析  19-20
    2.1.3 空间约束模型  20
  2.2 推导坐标映射关系  20-23
    2.2.1 坐标选择与建立  20-21
    2.2.2 平行映射关系  21-22
    2.2.3 相交映射关系  22-23
  2.3 单目视觉测距  23-25
    2.3.1 规范测距方式  23-24
    2.3.2 平面测距计算  24-25
    2.3.3 立体测距计算  25
  2.4 本章小结  25-27
第三章智能车系统设计与实现  27-41
  3.1 系统总体设计  27-29
    3.1.1 总体需求分析  27-28
    3.1.2 总体结构设计  28
    3.1.3 控制指令设计  28-29
  3.2 硬件系统设计与实现  29-36
    3.2.1 关键执行机构改进  29-31
    3.2.2 PWM电机控制  31-33
    3.2.3 核心电路设计与实现  33-36
  3.3 软件系统设计与实现  36-40
    3.3.1 功能需求分析  36-37
    3.3.2 结构与流程设计  37-39
    3.3.3 动态库接口设计  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章视觉导航应用问题讨论  41-61
  4.1 视觉伺服流程分析  41-44
    4.1.1 框图时间关系  41-43
    4.1.2 PID控制器设计  43-44
  4.2 摄像头成像范围讨论  44-49
    4.2.1 纵向成像范围  45-46
    4.2.2 横向成像范围  46-49
  4.3 坐标系变换关系  49-52
    4.3.1 图像数据分析  49-50
    4.3.2 坐标变换公式  50-52
  4.4 视觉导航方法研究  52-60
    4.4.1 随机目标跟踪  53-54
    4.4.2 连续目标跟踪  54-56
    4.4.3 导航应用统一  56-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章系统实验与验证分析  61-88
  5.1 导航路径提取  61-65
    5.1.1 路标成像规律分析  61-63
    5.1.2 区域分割与路径提取  63-65
  5.2 场景重建实验  65-74
    5.2.1 两类平面重建  66-71
    5.2.2 单目视觉测距  71-73
    5.2.3 系统动态库实现  73-74
  5.3 压线导航实验  74-87
    5.3.1 固定量偏移  74-78
    5.3.2 角度偏差修正  78-80
    5.3.3 模型车实验  80-86
    5.3.4 对比实验  86-87
  5.4 本章小结  87-88
第六章总结与展望  88-90
  6.1 总结  88
  6.2 展望  88-90
附录  90-93
参考文献  93-98
致谢  98-99
攻读学位期间主要的研究成果  99

单目视觉导航智能车系统研究与实现

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