視覺導(dǎo)航方法和裝置以及機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視覺定位導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種視覺導(dǎo)航方法和裝置W 及機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的機(jī)器人定位包括GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等，其中，GI^S用途廣泛、精度高，但受 環(huán)境影響大，而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)則可W完全自主且頻率高，但是噪聲影響大；GPS/慣性導(dǎo)航 系統(tǒng)融合定位則是當(dāng)今機(jī)器人導(dǎo)航中最常用的組合導(dǎo)航定位方法之一，可W有效利用各自 的優(yōu)勢，取長補(bǔ)短。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，很多場合下GI^S信號會受到遮擋而無法使用，進(jìn)而 導(dǎo)致系統(tǒng)整體定位精度下降很快。
[0003] 為了解決上述問題，目前使用的大多數(shù)方法都是在尋找GI^S之外的可靠定位，其 中有一類就是視覺方法，其是通過前后峽圖像相匹配的特征點(diǎn)在H維空間的位置變化來估 計車體運(yùn)動，很好的克服了傳統(tǒng)定位方法所存在的缺陷，而視覺方法作為傳統(tǒng)定位方法的 有效補(bǔ)充也得到了越來越多的關(guān)注，同時，人們也對其提出了越來越高的要求。
[0004] 目前，現(xiàn)有的視覺方法普遍是基于雙目立體相機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，該種基于雙目立體相 機(jī)的視覺方法具有較高的定位精度，然而，其也存在著諸多不足之處，例如，標(biāo)定比較困難， 且誤差不易控制，同時由于是通過兩個攝像機(jī)同時采集圖像的，從而也導(dǎo)致了數(shù)據(jù)量較大， 不易控制處理速度，實(shí)時性較差。
[0005] 基于此種情況下，為了滿足人們越來也高的要求，所W，研發(fā)一種實(shí)時性好、且容 易控制，同時精確度又高的視覺方法或者裝置就成為了業(yè)內(nèi)亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對相關(guān)技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種視覺導(dǎo)航方法和裝置W及機(jī)器人。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種視覺導(dǎo)航方法。
[0008] 該視覺導(dǎo)航方法包括；基于采集的環(huán)境圖像，得到該環(huán)境圖像的多個環(huán)境子圖； 對環(huán)境子圖進(jìn)行區(qū)域匹配處理，確定至少兩個環(huán)境子圖之間的視差；根據(jù)確定出的視差，確 定環(huán)境圖像中的物體的坐標(biāo)，并根據(jù)該坐標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航。
[0009] 其中，基于采集的環(huán)境圖像，得到該環(huán)境圖像的多個環(huán)境子圖的實(shí)現(xiàn)方式包括通 過單個攝像機(jī)采集環(huán)境圖像，并通過該攝像機(jī)主鏡頭內(nèi)的微透鏡陣列得到該環(huán)境圖像的多 個環(huán)境子圖。
[0010] 此外，該視覺導(dǎo)航方法還包括；在對每個環(huán)境子圖進(jìn)行區(qū)域匹配處理之前，對每個 環(huán)境子圖進(jìn)行預(yù)處理，W消除每個環(huán)境子圖上的噪聲信號。
[0011] 其中，上述預(yù)處理包括基于空域的去噪聲處理、和/或基于頻域的去噪聲處理。
[0012] 其中，至少兩個環(huán)境子圖包括上述微透鏡陣列中至少兩個相鄰的微透鏡所得到的 環(huán)境子圖。
[0013] 并且，至少兩個相鄰的微透鏡所得到的環(huán)境子圖包括基于水平方向上的至少兩個 相鄰的微透鏡所得到的環(huán)境子圖、和/或基于垂直方向上的至少兩個相鄰的微透鏡所得到 的環(huán)境子圖。
[0014] 其中，區(qū)域匹配處理包括匹配代價計算、和/或匹配代價疊加。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了 一種視覺導(dǎo)航裝置。
[0016] 該視覺導(dǎo)航裝置包括；圖像采集模塊，用于基于采集的環(huán)境圖像，得到該環(huán)境圖像 的多個環(huán)境子圖；視差確定模塊，用于對環(huán)境子圖進(jìn)行區(qū)域匹配處理，確定至少兩個環(huán)境子 圖之間的視差；視覺導(dǎo)航模塊，用于根據(jù)確定出的視差，確定環(huán)境圖像中的物體的坐標(biāo)，并 根據(jù)該坐標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航。
[0017] 其中，圖像采集模塊包括單個攝像機(jī)，且該攝像機(jī)的主鏡頭內(nèi)設(shè)置有微透鏡陣列。
[0018] 此外，該視覺導(dǎo)航裝置還包括；圖像處理模塊，用于在對每個環(huán)境子圖進(jìn)行區(qū)域匹 配處理之前，對每個環(huán)境子圖進(jìn)行預(yù)處理，W消除每個環(huán)境子圖上的噪聲信號。
[0019] 其中，在對每個環(huán)境子圖進(jìn)行預(yù)處理時，圖像處理模塊可用于對每個環(huán)境子圖進(jìn) 行基于空域的去噪聲處理、和/或基于頻域的去噪聲處理。
[0020] 其中，至少兩個環(huán)境子圖包括上述微透鏡陣列中至少兩個相鄰的微透鏡所得到的 環(huán)境子圖。
[0021] 并且，至少兩個相鄰的微透鏡所得到的環(huán)境子圖包括基于水平方向上的至少兩個 相鄰的微透鏡所得到的環(huán)境子圖、和/或基于垂直方向上的至少兩個相鄰的微透鏡所得到 的環(huán)境子圖。
[0022] 其中，區(qū)域匹配處理包括匹配代價計算、和/或匹配代價疊加。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種機(jī)器人，該機(jī)器人具有上述的視覺導(dǎo)航裝置。
[0024] 本發(fā)明通過單個攝像機(jī)采集環(huán)境圖像，并基于該環(huán)境圖像，通過微透鏡陣列得到 多個環(huán)境子圖，再根據(jù)該環(huán)境子圖進(jìn)行立體匹配和H維重建，從而實(shí)現(xiàn)了視覺導(dǎo)航的功能， 而且還由于是單個攝像機(jī)采集環(huán)境圖像，從而使得數(shù)據(jù)量較小，處理速度容易控制，有效的 保證了處理時的實(shí)時性，同時也避免了多個攝像機(jī)之間的校正W及成本較高的問題；此外 還由于可W同時獲得物體的水平視差及垂直視差信息，進(jìn)而可W更準(zhǔn)確的計算物體的深度 信息，有效的提高了導(dǎo)航的精確度。
【附圖說明】
[0025] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)該些附圖獲 得其他的附圖。
[0026] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的視覺導(dǎo)航方法的流程示意圖；
[0027] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的視覺導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人視覺導(dǎo)航流程示意圖；
[0029] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的單目攝像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的物體在單目攝像系統(tǒng)中成像的原理示意圖；
[0031] 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像預(yù)處理流程框圖；
[0032] 圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的立體匹配處理流程示意圖；
[0033] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光場成像視差原理示意圖；
[0034] 圖9是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)方案的計算機(jī)的示例性結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見， 在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何該種實(shí)際實(shí)施 例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，W便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符 合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且該些限制條件可能會隨著實(shí)施方式的不同而有 所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時的，但對得益于本公開 內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，該種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。
[0036] 在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中 僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明 關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了 一種視覺導(dǎo)航方法。
[003引如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的視覺導(dǎo)航方法包括：
[0039] 步驟S101，基于采集的環(huán)境圖像，得到該環(huán)境圖像的多個環(huán)境子圖；
[0040] 步驟S103,對環(huán)境子圖進(jìn)行區(qū)域匹配處理，確定至少兩個環(huán)境子圖之間的視差；
[0041] 步驟S105,根據(jù)確定出的視差，確定環(huán)境圖像中的物體的坐標(biāo)，并根據(jù)該坐標(biāo)進(jìn)行 導(dǎo)航。
[0042] 其中，基于采集的環(huán)境圖像，得到該環(huán)境圖像的多個環(huán)境子圖的實(shí)現(xiàn)方式包括通 過單個攝像機(jī)采集環(huán)境圖像，并通過該攝像機(jī)主鏡頭內(nèi)的微透鏡陣列得到該環(huán)境圖像的多 個環(huán)境子圖。
[0043] 此外，該視覺導(dǎo)航方法還包括；在對每個環(huán)境子圖進(jìn)行區(qū)域匹配處理之前，對每個 環(huán)境子圖進(jìn)行預(yù)處理，W消除每個環(huán)境子圖上的噪聲信號。
[0044] 其中，上述預(yù)處理包括基于空域的去噪聲處理、和/或基于頻域的去噪聲處理。
[0045] 其中，至少兩個環(huán)境子圖包括上述微透鏡陣列中至少兩個相鄰的微透鏡所得到的 環(huán)境子圖。
[0046] 并且，至少兩個相鄰的微透鏡所得到的環(huán)境子圖包括基于水平方向上的至少兩個 相鄰的微透鏡所得到的環(huán)境子圖、和/或基于垂直方向上的至少兩個相鄰的微透鏡所得到 的環(huán)境子圖。
[0047] 其中，區(qū)域匹配處理包括匹配代價計算、和/或匹配代價疊加。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了 一種視覺導(dǎo)航裝置。
[0049] 如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的視覺導(dǎo)航裝置包括：
[0050] 圖像采集模塊21，用于基于采集的環(huán)境圖像，得到該環(huán)境圖像的多個環(huán)境子圖；
[0051] 視差確定模塊22,用于對環(huán)境子圖進(jìn)行區(qū)域匹配處理，確定至少兩個環(huán)境子圖之 間的視差；
[0052] 視覺導(dǎo)航模塊23,用于根據(jù)確定出的視差，確定環(huán)境圖像中的物體的坐標(biāo)，并根據(jù) 該坐標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)