CN101701828B - 基于立体视觉和信息融合的盲人自主导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导航***的技术领域，尤其是一种基于立体视觉和信息融合的盲人自主导航方法。左边图像与右边图像输出连接图像预处理，图像预处理输出连接图像分割，图像分割连接特征提取，特征提取输出连接立体匹配，立体匹配输出连接获取视差图，获取视差图输出连接获取深度图像和目标探测与标识，获取深度图像输出连接目标探测与标识，目标探测与标识输出连接目标尺寸、距离和方向参与计算，目标尺寸、距离和方向参与计算输出连接多传感器信息融合，多传感器信息融合输出连接语音输出障碍位置、大小、距离及方向等信息，超声波测距、电子罗盘测向和GPS定位输出连接多传感器信息融合。本发明的算法对于提高盲人的自主性和独立行走能力有很大的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种导航***，尤其涉及一种基于立体视觉和信息融合的盲人自主导航方法。
背景技术
我国有上千万的弱势群体，他们出行时会面临各种复杂、多变的交通环境，日益增多的机动车辆、道路中的各种障碍物都将威胁到盲人的出行，盲人的出行一类是步行，一类是乘车远行，盲人的行走需要一个导航仪或者导航犬。
立体视觉(stereo vision)是计算机视觉的核心技术之一，利用其可建构出环境中的物体在图像中的深度信息。双目视觉是目前被广泛关注的一种立体感知***，它具有结构紧凑、能耗小、信息量丰富、较高的识别准确度等优点。但基于立体视觉方法设计的导盲辅具易受环境光源与遮蔽物的影响，立体匹配产生的噪声使得主要目标物不易与背景分离，导致障碍物误判率增大，且获取的目标深度信息往往存在较大误差。超声波传感器具有较高的距离探测精度，但在复杂环境中使用受限。目前的导盲辅具多以上述两者中的一种为主，再结合其它传感器进行障碍物的探测，缺乏有效利用不同传感器的优点进行优势互补的自主导航算法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前盲人导航仪缺乏有效利用不同传感器的优点进行优势互补的自主导航算法，提供一种基于立体视觉和信息融合的盲人自主导航方法。
为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明包括底层驱动与数据通信模块，嵌入式硬件平台，I/O接口驱动模块和Linux实时操作***，它主要包括立体视觉和多传感器信息融合方面，并按下列步骤执行：左边图像与右边图像输出连接图像预处理，图像预处理输出连接图像分割，图像分割连接特征提取，特征提取输出连接立体匹配，立体匹配输出连接获取视差图，获取视差图输出连接获取深度图像和目标探测与标识，获取深度图像输出连接目标探测与标识，目标探测与标识输出连接目标尺寸、距离和方向参数计算，目标尺寸、距离和方向参与计算输出连接多传感器信息融合，多传感器信息融合输出连接语音输出障碍位置、大小、距离及方向等信息，超声波测距、电子罗盘测向和GPS定位输出连接多传感器信息融合。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述图像预处理包括图像滤波，图像增强，图像校准、色彩校正。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述图像分割是基于HSV色彩空间的固定阈值分割，边缘检测以及区域模板匹配等方法将图像中的路面分割出来，并通过形态滤波将噪声块及其它怀疑目标剔除，然后采用链码跟踪算法进行连通块分析(也称Blob分析)。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述特征提取是在左、右两幅图像中提取共同的特征。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述立体匹配是基于特征、区域和相关匹配找到两幅图像之间的对应关系，利用SIFT算法(具有亮度、平移、旋转和尺度不变性)实现左右摄像机同时获取的图像的配准。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述获取视差图是通过对其进行平滑和分类，可得出路面和障碍物的视差图，利用后者获取障碍物的深度信息。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述获取深度图像是根据视差和几何关系，获取目标三维信息。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述目标检测与标识与障碍物的视差值是一样的，利用获取视差图来标识障碍物。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述目标尺寸、距离和方向参数计算是在获取目标位置坐标后，获取其对应的块，进而估计障碍物的距离、尺寸和方向参数。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述多传感器信息融合是基于立体视觉获取障碍物的相对位置、方向、尺寸以及距离，结合超声波传感器获取的距离信息，电子罗盘获取的方向信息和GPS获取的绝对位置信息，进一步提高导盲***的距离探测精度和定位、定向能力。
本发明的有益效果是：本发明的算法将可以提高导盲***的性能，对于提高盲人的自主性和独立行走能力具有很大的实用价值。可有效地提高盲人的生活、工作质量，扩大沟通的人群，扩展盲人的世界，适应信息社会的发展，应用前景明显，经济效益和社会效益可观。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的算法流程示意图；
图2是本发明的***软件示意图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
图2是本发明的***软件示意图，图中基于嵌入式硬件平台和Linux实时操作***搭建***软件结构，主要分为多传感器数据采集、数据通信与传输存储、信息处理与融合、信息显示与用户接口几个部分。导航算法主要侧重在立体视觉和多传感器信息融合方面，算法流程图如图1所示，图中主要包括左边图像与右边图像输出连接图像预处理，图像预处理输出连接图像分割，图像分割连接特征提取，特征提取输出连接立体匹配，立体匹配输出连接获取视差图，获取视差图输出连接获取深度图像和目标探测与标识，获取深度图像输出连接目标探测与标识，目标探测与标识输出连接目标尺寸、距离和方向参数计算，目标尺寸、距离和方向参与计算输出连接多传感器信息融合，多传感器信息融合输出连接语音输出障碍位置、大小、距离及方向等信息，超声波测距、电子罗盘测向和GPS定位输出连接多传感器信息融合。
本发明主要包括如下步骤：图像预处理包括图像滤波，图像增强，图像校准、色彩校正；图像分割是基于HSV色彩空间的固定阈值分割，边缘检测以及区域模板匹配等方法将图像中的路面分割出来，并通过形态滤波将噪声块及其它怀疑目标剔除，然后采用链码跟踪算法进行连通块分析(也称Blob分析)；特征提取是在左、右两幅图像中提取共同的特征；立体匹配是基于特征、区域和相关匹配找到两幅图像之间的对应关系，可利用SIFT算法(具有亮度、平移、旋转和尺度不变性)实现左右摄像机同时获取的图像的配准；获取视差图是通过对其进行平滑和分类，可得出路面和障碍物的视差图，利用后者获取障碍物的深度信息；获取深度图像是根据视差和几何关系，获取目标三维信息；目标检测与标识与障碍物的视差值是一样的，可利用获取视差图来标识障碍物；参数计算是在获取目标位置坐标后，可获取其对应的块，进而估计障碍物的距离、尺寸和方向参数；多传感器信息融合是基于立体视觉获取障碍物的相对位置、方向、尺寸以及距离，结合超声波传感器获取的距离信息，电子罗盘获取的方向信息和GPS获取的绝对位置信息，进一步提高导盲***的距离探测精度和定位、定向能力；信息输出：获取障碍物的位置、大小、形状、距离、方向的信息，并以语音或振动输出方式提示使用者。
本发明的算法将可以提高导盲***的性能，对于提高盲人的自主性和独立行走能力具有很大的实用价值。可有效地提高盲人的生活、工作质量，扩大沟通的人群，扩展盲人的世界，适应信息社会的发展，应用前景明显，经济效益和社会效益可观。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (1)
1.一种基于立体视觉和信息融合的盲人自主导航方法，包括底层驱动与数据通信模块，嵌入式硬件平台，I/O接口驱动模块和Linux实时操作***，其特征在于：它主要包括立体视觉和多传感器信息融合方面，并按下列步骤执行：左边图像与右边图像输出连接图像预处理，图像预处理输出连接图像分割，图像分割连接特征提取，特征提取输出连接立体匹配，立体匹配输出连接获取视差图，获取视差图输出连接获取深度图像和目标探测与标识，获取深度图像输出连接目标探测与标识，目标探测与标识输出连接目标尺寸、距离和方向参数计算，目标尺寸、距离和方向参数计算输出连接多传感器信息融合，多传感器信息融合输出连接语音输出障碍物位置、大小、距离及方向的信息，超声波测距、电子罗盘测向和GPS定位输出连接多传感器信息融合；所述图像预处理包括图像滤波，图像增强，图像校准、色彩校正；所述图像分割是基于HSV色彩空间的固定阈值分割，边缘检测以及区域模板匹配的方法将图像中的路面分割出来，并通过形态滤波将噪声块及其它怀疑目标剔除，然后采用链码跟踪算法进行连通块分析；所述特征提取是在左、右两幅图像中提取共同的特征；所述立体匹配是基于特征、区域和相关匹配找到两幅图像之间的对应关系，利用SIFT算法实现左右摄像机同时获取的图像的配准；所述获取视差图是通过对其进行平滑和分类，可得出路面和障碍物的视差图，利用后者获取障碍物的深度信息；所述获取深度图像是根据视差和几何关系，获取目标三维信息；所述目标检测与标识与障碍物的视差值是一样的，利用获取视差图来标识障碍物；所述目标尺寸、距离和方向参数计算是在获取目标位置坐标后，获取其对应的块，进而估计障碍物的距离、尺寸和方向参数；所述多传感器信息融合是基于立体视觉获取障碍物的相对位置、方向、尺寸以及距离，结合超声波传感器获取的距离信息，电子罗盘获取的方向信息和GPS获取的绝对位置信息，进一步提高导盲***的距离探测精度和定位、定向能力。
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| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhou Dongxiang Inventor after: Liu Yunhui Inventor after: Liu Shun Inventor after: Yang Yanguang Inventor after: Fan Caizhi Inventor after: Cai Xuanping Inventor before: Liu Yunhui Inventor before: Yang Yanguang Inventor before: Liu Shun Inventor before: Fan Caizhi Inventor before: Zhou Dongxiang Inventor before: Cai Xuanping |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIU YUNHUI YANG YANGUANG LIU SHUN FAN CAIZHI ZHOU DONGXIANG CAI XUANPING TO: ZHOU DONGXIANG LIU YUNHUI LIU SHUN YANG YANGUANG FAN CAIZHI CAI XUANPING Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 213011 CHANGZHOU, JIANGSU PROVINCE TO: 213000 CHANGZHOU, JIANGSU PROVINCE |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20111213 Address after: 213000 Jiangsu Province, the Clock Tower District, ERON Road, No. 213 High-tech Venture Center, room 1008 Applicant after: Changzhou Hyper Medium and Sensing Technology Institute Co., Ltd. Address before: 213011 1008, hi tech Innovation Service Center, 213 ERON Road, bell tower area, Jiangsu, Changzhou Applicant before: Changzhou Daqi Information Technology Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: DEFENSIVE SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL UNIV., PLA Effective date: 20130205 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130205 Address after: 213000 Jiangsu Province, the Clock Tower District, ERON Road, No. 213 High-tech Venture Center, room 1008 Patentee after: Changzhou Hyper Medium and Sensing Technology Institute Co., Ltd. Patentee after: National University of Defense Technology of People's Liberation Army of China Address before: 213000 Jiangsu Province, the Clock Tower District, ERON Road, No. 213 High-tech Venture Center, room 1008 Patentee before: Changzhou Hyper Medium and Sensing Technology Institute Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121003 Termination date: 20181123 |