一种室内多目轨迹规划系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种室内多目轨迹规划系统及其方法，该方法中的整个系统由多个摄像机、计算机、无线路由器、智能小车等组成。多个摄像机实时对室内场景进行拍摄，并将拍摄的图像通过无线网传输给控制室内的计算机；计算机先对拍摄到的图像进行预处理，再将拍摄到的图像进行拼接；在计算机上规划出室内各智能小车从起始点到目标点的无障碍路径，通过无线网将路径信息传输给各智能小车上的通信模块；智能小车的运动控制模块根据接收到的指令信息控制智能小车运动；智能小车的避障模块在运行过程中协同工作，协助智能小车避开障碍物。本发明专利技术提升了室内智能小车运行的灵活性，提高了室内智能小车自主运行的水平，具有重要科学意义与应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种室内导航
，特别是涉及一种室内多目轨迹规划系统及其方法。
技术介绍
伴随着室内智能化的普及，室内智能车轨迹规划和导航技术是室内移动小车领域的研究热点。在目前相关技术研究中，轨迹规划和导航技术是智能小车实现自主行驶的关键。对轨迹规划和导航技术的研究，其目的是实现智能小车沿规划的路径自主行驶并完成相应的任务。目前摄像机同步成像的方法主要有两种：基于单摄像机的方法和基于多摄像机的方法。基于单摄像机的方法，即只用一个摄像机来观测室内场景，从中提取特征点。此方法不需要数据融合，且实时性较好，但由于一个摄像机的观测范围有限，进而应用范围受到限制。多摄像机的方法，即利用多个摄像机来观测室内场景，综合多个摄像机的观察数据计算物体位置。其优点是视野广阔，容易扩大观测范围。目前室内智能小车的导航技术可以采用下列方法实现，包括：1.基于室内路标，智能小车从车载摄像机拍摄的图像中识别路标，进而得知所处位置以及目标位置。在该方式中，虽然识别室内路标较为容易，但容易受过往事物打扰，车载摄像机也容易被损坏。此外，简单路标在进行图像处理时操作简单，但是不具备纠错性，而复杂路标虽然具有完整的纠错性，但由于图案过于复杂，运算难度大，而且对摄像机要求也较高，因此实时性较差；2.采用激光或者超声波阵列，结构复杂，成本较高；3.典型的室内智能小车普遍采用巡线方式移动，通常采用的方法是红外探测法，即智能小车在白色地板上循黑线行走，由于黑线和白色地板对光线的反射系数不同，可以根据接收到的反射光的强弱来判断轨迹的位置。此方法对地板要求较高，很难适应所有的室内地面情况。基于以上论述，有必要提供一种实时性较好、操作灵活且成本较低的室内轨迹规划方法。本专利技术提供了一种室内多摄像机同步工作进而拍摄室内图像的方法，该方法对室内物体拍摄覆盖率较高。多个摄像机实时地对室内不同场景进行拍摄，并将拍摄的图像通过无线网传输给控制室内的计算机；计算机先对拍摄到的图像进行预处理，再根据图像拼接的方法，将拍摄到的具有相同特征点的图像进行拼接；在计算机上规划出室内各智能小车从起始点位置到目标点位置的无障碍路径，然后通过无线网将路径信息传输给各智能小车上的通信模块；智能小车的运动控制模块根据通信模块接收到的指令信息生成相应的驱动信息，控制运动机构运动；智能小车的避障模块在智能小车运行过程中协同工作，协助智能小车避开轨迹上的障碍物。该方法通过无线网的方式建立各模块之间的通信连接，具有较高的实时性。预先在计算机软件上规划好各智能小车运行轨迹，并将规划的轨迹传输给各智能小车，智能小车沿着预先规划的轨迹自主完成各指令操作。从而提升了室内智能小车运行的灵活性，减少了人力劳动，提高了室内智能小车自动化水平。
技术实现思路
针对实现室内智能小车轨迹规划的目标要求，本专利技术通过一种室内多目轨迹规划系统及其方法，有效消除了视觉成像的畸变失真、倾斜失真、比例失真以及多摄像机安装位姿误差。无线设备实现了摄像机、计算机、智能小车之间的通讯，实时地将计算机规划的轨迹信息以及室内路面信息传输给智能小车，用于自动引导智能小车基于平面矢量图的行驶。能够高精度地实现对各智能小车实时位置的监控，从而确保各智能小车行驶在规划的轨迹上，具有操作性好、柔性高、实时性好的特点。本专利技术采用的方法的技术方案具体包括以下几个步骤：步骤1，确定摄像机参数与布置数量，进而确保在任何时候至少有两台摄像机可监控到室内地面不同区域；步骤2，利用多个摄像机同步采集室内图像，获取室内不同区域的多个同步图像；步骤3，通过无线路由器建立无线网，将多个摄像机同步拍摄的图像实时地传输给控制室内的计算机；步骤4，计算机软件通过图像拼接的方法，对待拼接图像进行拼接，将摄像机拍摄的室内地面不同区域的图像实时地拼接成整体的室内地面图像；步骤5，通过双目测距方法实时地分析室内地面图像，识别出地面、障碍物抑或地面破损的区域，进而判断出智能小车能否从该区域通行；并通过计算机软件规划出各智能小车从起始位置到目标位置的行驶路径；步骤6，计算机通过无线网和各智能小车建立通信，将规划的路径实时地传输给各智能小车的无线通信模块，运动控制模块根据接收到的指令信息产生相应的驱动控制指令控制运动机构，进而控制智能小车按规划的轨迹行驶；步骤7，当智能小车行驶轨迹上有障碍物时，计算机通过相应软件实时地分析室内地面情况，计算出智能小车避开该障碍物应偏移的方向以及偏移的角度α，进而重新规划智能小车的运动轨迹，并通过无线网将重新规划的路径信息实时地传输给智能小车，进而控制智能小车移动。步骤8，智能小车行驶过程中，如果突然出现摄像机不能及时捕捉的障碍物时，通过自身的避障模块进行避障，进而确保智能小车行驶过程中的安全性。进一步，所述步骤4中，图像拼接的方法包括以下子步骤：步骤4.1，提取同步图像组中各图像的特征点，并计算同步图像的深度值；步骤4.2，根据深度值自适应将同步图像的特征点划分到不同的特征点平面；步骤4.3，将划分到同一特征点平面的特征点进行匹配，得到匹配特征点；步骤4.4，根据匹配特征点建立特征点平面的映射矩阵；步骤4.5，基于多个特征点平面对应的多维映射矩阵生成配准参数；步骤4.6，根据配准参数，实时地对摄像机拍摄的同步图像进行多面映射；步骤4.7，将同步图像组中的同步图像进行融合，生成拼接图像。进一步，所述步骤5中，双目测距方法包括：步骤5.1，通过两个摄像头获取同一时刻分别采集的第一图像和第二图像；步骤5.2，提取第一图像中所拍摄物体的基准特征点，并根据基准特征点对第二图像进行暴力匹配，获取第二图像的匹配特征点；步骤5.3，提取第一图像中所拍摄物体的基准特征点，并根据基准特征点对第二图像进行暴力匹配，获取第二图像的匹配特征点；步骤5.4，根据基准特征点和匹配特征点的位置分布，对所述基准特征点和匹配特征点进行过滤操作，并建立过滤后的多条连接基准特征点和对应的匹配特征点的线段；步骤5.5，计算每条线段的长度，根据过滤后的线段的长度通过双目视觉测距方法计算得到多个深度距离；步骤5.6，计算多个深度距离的平均值，并将深度距离的平均值作为物体与感光元件之间的距离。本专利技术的系统的技术方案为：一种室内多目轨迹规划系统，包括控制室内的计算机和路由器，以及设在工作场所的摄像机和智能小车；所述摄像机、计算机和各智能小车的无线通信模块连接同一个无线路由器构成的局域网，实现摄像机与计算机之间，以及控制室内的计算机与各智能小车之间的通信；所述计算机用于分析摄像机拍摄的室内图像以及进行各智能小车的路径规划；所述摄像机，用于拍摄室内图像以及与控制室内的计算机通信；所述智能小车包括无线通信模块、运动控制模块、运动机构、避障模块；所述无线通信模块用于接收所述控制室计算机传输的指令信息；运动控制模块用于根据接收到的指令信息产生相应的驱动控制指令；运动机构包括车轮、车架和电机，用于根据所述驱动控制指令驱动智能小车运动；避障模块，包括超声波模块和指示灯，用于根据所述智能小车行驶环境进行避障。进一步，所述摄像机为360度旋转摄像机，具有1920*1080像素、支持64GTF卡、支持WiFi网络、IP66级防水、红外夜视的功能，可实现水平方向350度旋转，垂直方向90度旋转。摄像机安装于室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内多目轨迹规划方法，其特征在于，该方法的操作步骤为：步骤1，确定摄像机(5)参数与布置数量，进而确保在任何时候至少有两台摄像机(5)可监控到室内地面不同区域；步骤2，利用多个摄像机(5)同步采集室内图像，获取室内不同区域的多个同步图像；步骤3，通过无线路由器建立无线网，将多个摄像机(5)同步拍摄的图像实时地传输给控制室内的计算机(8)；步骤4，计算机软件通过图像拼接的方法，对待拼接图像进行拼接，将摄像机(5)拍摄的室内地面不同区域的图像实时地拼接成整体的室内地面图像；步骤5，通过双目测距方法实时地分析室内地面图像，识别出地面、障碍物抑或地面破损的区域，进而判断出智能小车能否从该区域通行；并通过计算机软件规划出各智能小车(6)从起始位置到目标位置的行驶路径；步骤6，计算机通过无线网和各智能小车(6)建立通信，将规划的路径实时地传输给各智能小车的无线通信模块(17)，运动控制模块(18)根据接收到的指令信息产生相应的驱动控制指令控制运动机构，进而控制智能小车按规划的轨迹行驶；步骤7，当智能小车行驶轨迹上有障碍物时，计算机通过相应软件实时地分析室内地面情况，计算出智能小车避开该障碍物应偏移的方向以及偏移的角度α，进而重新规划智能小车的运动轨迹，并通过无线网将重新规划的路径信息实时地传输给智能小车，进而控制智能小车移动。步骤8，智能小车(6)行驶过程中，如果突然出现摄像机(5)不能及时捕捉的障碍物时，通过自身的避障模块进行避障，进而确保智能小车行驶过程中的安全性。...

【技术特征摘要】
1.一种室内多目轨迹规划方法，其特征在于，该方法的操作步骤为：步骤1，确定摄像机(5)参数与布置数量，进而确保在任何时候至少有两台摄像机(5)可监控到室内地面不同区域；步骤2，利用多个摄像机(5)同步采集室内图像，获取室内不同区域的多个同步图像；步骤3，通过无线路由器建立无线网，将多个摄像机(5)同步拍摄的图像实时地传输给控制室内的计算机(8)；步骤4，计算机软件通过图像拼接的方法，对待拼接图像进行拼接，将摄像机(5)拍摄的室内地面不同区域的图像实时地拼接成整体的室内地面图像；步骤5，通过双目测距方法实时地分析室内地面图像，识别出地面、障碍物抑或地面破损的区域，进而判断出智能小车能否从该区域通行；并通过计算机软件规划出各智能小车(6)从起始位置到目标位置的行驶路径；步骤6，计算机通过无线网和各智能小车(6)建立通信，将规划的路径实时地传输给各智能小车的无线通信模块(17)，运动控制模块(18)根据接收到的指令信息产生相应的驱动控制指令控制运动机构，进而控制智能小车按规划的轨迹行驶；步骤7，当智能小车行驶轨迹上有障碍物时，计算机通过相应软件实时地分析室内地面情况，计算出智能小车避开该障碍物应偏移的方向以及偏移的角度α，进而重新规划智能小车的运动轨迹，并通过无线网将重新规划的路径信息实时地传输给智能小车，进而控制智能小车移动。步骤8，智能小车(6)行驶过程中，如果突然出现摄像机(5)不能及时捕捉的障碍物时，通过自身的避障模块进行避障，进而确保智能小车行驶过程中的安全性。2.根据权利要求1所述的一种室内多目轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤4中，图像拼接的方法包括以下子步骤：步骤4.1，提取同步图像组中各图像的特征点，并计算同步图像的深度值；步骤4.2，根据深度值自适应将同步图像的特征点划分到不同的特征点平面；步骤4.3，将划分到同一特征点平面的特征点进行匹配，得到匹配特征点；步骤4.4，根据匹配特征点建立特征点平面的映射矩阵；步骤4.5，基于多个特征点平面对应的多维映射矩阵生成配准参数；步骤4.6，根据配准参数，实时地对摄像机拍摄的同步图像进行多面映射；步骤4.7，将同步图像组中的同步图像进行融合，生成拼接图像。3.根据权利要求1所述的一种室内多目轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤5中，双目测距方法包括：步骤5.1，通过两个摄像头获取同一时刻分别采集的第一图像和第二图像；步骤5.2，提取第一图像中所拍摄物体的基准特征点，并根据基准特征点对第二图像进行暴力匹配，获取第二图像的匹配特征点；步骤5.3，提取第一图像中所拍摄物体的基准特征点，并根据基准特征点对第二图像进行暴力匹配，获取第二图像的匹配特征点；步骤5.4，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈跃，高彬，刘慧，刘荣桂，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32