人類視覺所具有的強大功能和完美的信息處理方式引起了智能研究者的極大興趣,人們希望以生物視覺為藍本研究一個人工視覺系統用于機器人中,期望機器人擁有類似人類感受環境的能力。機器人要對外部世界的信息進行感知,就要依靠各種傳感器。就像人類一樣,在機器人的眾多感知傳感器中,視覺系統提供了大部分機器人所需的外部相 界信息。因此視覺系統在機器人技術中具有重要的作用。
依據視覺傳感器的數量和特性,目前主流的移動機器人視覺系統有單目視覺、雙目立體視覺、多目視覺和全景視覺等。單目視覺,單目視覺系統只使用一個視覺傳感器。單目視覺系統在成像過程中由于從三維客觀世界投影到N維圖像上,從而損失了深度信息,這是此類視覺系統的主要缺點( 盡管如此,單目視覺系統由于結構簡單、算法成熟且計算量較小,在自主移動機器人中已得到廣應用,如用于目標跟進、基于單目特征的室內定位導航等。同時,單目視覺是其他類型視覺系統的基礎,如雙目立體視覺、多目視覺等都是在單目視覺系統的基礎上,通過附加其他手段和措施而實現的。
雙目立體視覺。雙目視覺系統由兩個攝像機組成,利用三角測量原理獲得場景的深度信息,并且可以重建周圍景物的三維形狀和位置,類似人眼的體視功能,原理簡單。雙目 視覺系統需要精確地知道兩個攝像機之間的空間位置關系,而且場景環境的3D信息需要兩 個攝像機從不同角度,同時拍攝同一場景的兩幅圖像,并進行復雜的匹配,才能準確得到 立體視覺系統能夠比較準確地恢復視覺場景的三維信息,在移動機器人定位導航、避障和地圖構建等方面得到了廣的應用用。然而,立體視覺系統的難點是對應點匹配的問題,該問題在很大程度上制約著立體視覺在機器人領域的應用前景。
多目視覺系統。多目視覺系統采用三個或三個以上攝像機,三目視覺系統居多,主要用來解決又目立體視覺系統中匹配多義性的問題,提高匹配精度。多目視覺系統比較早由莫拉維克研究,他為"Stanford Cart"研制的視覺導航系統采用單個攝像機的“滑動立體視覺”來實現,雅西達提出了三目立體視覺系統解決對應點匹配的問題,真正突破了《目立體視覺系統的局限,并指出以邊界點作為匹配特征的三目視覺系統中,其三元的配的準確率比較高,艾雅湜提出了用多邊形近似宕的邊界點段作為特征的三目匹配算法,并用到移動機器人中,取得了較好的效果,三目視覺系統的優點是充分利用了第三個攝像機的信息,減少了錯誤匹配,解決了雙目視覺系統匹配的多義性,提高了定位精度,但三目視覺系統要合理安置三個攝像機的相對位置,其結構配置比雙目視覺系統更煩瑣,而且匹配算法更復雜需要 消耗更多的時間,實時性更差.