基于单目视觉的嵌入式自主避障系统的研究与设计

【摘要】：快速发展的计算机技术,已经使计算机自主控制系统在工业、军事、医疗等各种领域发挥着重要作用。但传统PC机体积大、携带不便、成本高,因此限制了很多方面的应用。嵌入式系统小型化、功耗低、性能高因而在智能家居、安防、服务等领域有很好的应用前景。本文设计的是基于单目视觉的嵌入式自主避障移动平台,其属于视频监控平台一部分,但其能依赖视觉感知环境,在行进中自主对所处作业空间及环境中的障碍物进行有效检测,并对其距离进行确定,然后准确而迅速对障碍物进行躲避。本文主要的研究和工作内容如下:1.分析了移动平台的嵌入式硬件系统与系统资源分配,对ARM9架构的启动程序Bootloader以及Nandflash裸机驱动进行了设计,对嵌入式Linux进行了裁剪与移植,并对根文件进行制作,交叉编译及移植Qt、OpenCV及图像依赖库,并搭建开发环境。最后,对移动平台的电机驱动程序进行了设计。2.完成了利用机器视觉进行检测与定位障碍物的算法。先对采集的图像完成从RGB到HSV空间的转换,并进行图像的初步处理以及区域分块,然后在H通道获取不同分块区域的颜色矩特征进行比较,快速检测障碍物。然后,对检测出有障碍物的图像,利用几何法建立移动平台坐标和图像坐标的关系,对障碍物进行实际距离的测量、定位以及移动平台前进方向夹角的计算。3.针对常用的避障策略问题,本设计的移动平台根据实际所处环境对模糊控制器进行设计,建立相应规则,利用测量得到的障碍物距离和移动平台前进方向与障碍物的夹角输入模糊控制器得到平台需要转动的角度。最后,把转动角度交给移动平台电机驱动程序完成一些列动作输出。4.分析自主移动平台的总体设计,对自主移动平台进行整合、调试及代码优化。通过对实验结果和系统实时性分析,表明在该系统下所设计的算法具有实时性和可行性,实现了利用颜色特征的信息快速检测定位障碍物,通过建立的控制系统,可以满足实时避障的要求。
【关键词】：嵌入式 单目视觉 障碍物检测 测距 模糊控制
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41