CN109848997B - 基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法 - Google Patents

Abstract

公开一种基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法，包括下倾设置在移动机器人前部的双目立体摄像机，光轴与所述的移动机器人的底盘的夹角为β，还包括与双目立体摄像机连接的处理器，处理器设置前方坡度预测方法，包括步骤：1、获取双目立体摄像机的图像对f_L和f_R，形成深度信息z；2、对于成像点a(x^A,y^A)，计算投影角度θ，实际点A的深度为z^A=f(x^A,y^A)；3、计算角度δ；线段AO的长度l₃；实际点A到光心O所在铅垂线的垂直距离l₂；光心O到实际点A所在水平面的垂直距离l₁；4、如果l₁>h，前方地面为下坡，则坡度为α=arctan((l₁‑h)/l₂)；如果l₁<h，地面为上坡，则坡度为α=arctan((h‑l₁)/l₂)；如果l₁=h，则地面为平面。

Description

基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法

技术领域

本发明涉及基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法，属于移动机器人控制领域。

背景技术

室外移动机器人工作环境非常复杂，其中地面的起伏情况就多变，可能是平地，也可能是上坡或者下坡，那么移动机器人提前获知该信息非常重要，不然可能导致倾倒等意外情况。对于采集地面情况信息的摄像机，光轴可以与室外移动机器人的地盘平行，也可以下倾设置。摄像机下倾设置可以将视野集中在地面，而不是天空及远处，但是也给计算带来一定难度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法，为移动机器人检测前方地面的坡度信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法，包括设置在所述的移动机器人前部的双目立体摄像机，焦距为f，基线宽度为b，高度为h，所述的双目立体摄像机的光轴与所述的移动机器人的底盘的夹角为β，还包括与所述的双目立体摄像机连接的处理器，所述的处理器设置快速坡度预测方法，包括以下步骤：

(1) 所述的处理器获取所述的双目立体摄像机的图像对f_L和f_R，形成深度信息z=f(x,y)，x,y为像平面坐标，z为对应的深度；

(2) 对于成像点a(x^A,y^A)，投影角度θ=arctan(y^A/f)，对应的实际点A的深度为z^A=f(x^A,y^A)；

(3) 角度δ=π/2-β-θ；线段AO的长度l₃=z^A/cosθ；实际点A到光心O所在铅垂线的垂直距离l₂=l₃*sinδ；光心O到实际点A所在水平面的垂直距离l₁=l₃*cosδ；

(4) 如果垂直距离l₁>h，前方地面为下坡，实际点A到平坦地面的垂直距离为l₁-h，则坡度为α=arctan（(l₁-h)/l₂)；如果垂直距离l₁<h，地面为上坡，实际点A到平坦地面的垂直距离h-l₁，则坡度为α=arctan((h-l₁)/l₂)；如果垂直距离l₁=h，则地面为平面，角度为α=0。

本发明的有益效果主要表现在：1、可***前方地面的坡度数值，为移动机器人运动控制提供环境信息。2、该方法计算简便，速度快，可精确计算前方地面的坡度数值。

附图说明

图1是移动机器人外形示意图；

图2 是移动机器人前方坡度预测方法原理示意图1；

图3是移动机器人前方坡度预测方法原理示意图2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

参照图1－3，基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法，包括设置在所述的移动机器人前部的双目立体摄像机，焦距为f，基线宽度为b，高度为h。

所述的双目立体摄像机的光轴与所述的移动机器人的底盘的夹角为β，这样视野主要集中在地面，有利于提取有用信息。还包括与所述的双目立体摄像机连接的处理器，所述的处理器设置前方坡度预测方法，包括以下步骤：

(1) 所述的处理器获取所述的双目立体摄像机的图像对f_L和f_R，形成深度信息z=f(x,y)，x,y为像平面坐标，z为对应的深度；

所述的处理器是根据视差原理来计算深度信息，利用所述的双目立体摄像机的参数，可得z=f(x,y)= f*b/d，其中d是根据图像对f_L和f_R计算得到的位置(x,y)的视差。

(2) 对于成像点a(x^A,y^A)，投影角度θ=arctan(y^A/f)，则实际点A的深度为z^A=f(x^A,y^A)；

其中，深度z^A是点A沿光轴到光心O的距离。

(3) 角度δ=π/2-β-θ；线段AO的长度l₃=z^A/cosθ；实际点A到光心O所在铅垂线的垂直距离l₂=l₃*sinδ；光心O到实际点A所在水平面的垂直距离l₁=l₃*cosδ；

角度δ为直线AO与光心O所在铅垂线OO’的夹角，用于后续计算。首先，根据实际点A的深度z^A，采用三角形余弦公式，可计算线段AO的长度l₃=z^A/cosθ；在三角形ΔOO"A中，可采用正弦公式，计算垂直距离l₂=l₃*sinδ，以及光心O到实际点A所在水平面的垂直距离l₁=l₃*cosδ。

(4) 如果垂直距离l₁>h，前方地面为下坡，实际点A到平坦地面的垂直距离为l₁-h，则坡度为α=arctan（(l₁-h)/l₂)；如果垂直距离l₁<h，地面为上坡，实际点A到平坦地面的垂直距离h-l₁，则坡度为α=arctan((h-l₁)/l₂)；如果垂直距离l₁=h，则地面为平面，角度为α=0。

如图2，垂直距离l₁>h，则前方地面为下坡，首先计算实际点A到平坦地面的垂直距离l₁-h，再根据三角形的正切函数关系得到α=arctan（(l₁-h)/l₂)；

如图3，垂直距离l₁<h，则地面为上坡，首先计算实际点A到平坦地面的垂直距离h-l₁，再根据三角形的正切函数关系得到α=arctan（(h-l₁)/l₂)。

综上所述，通过上述方法，可迅速、快捷地计算基于下倾双目立体视觉的移动机器人前方地面坡度，为移动机器人的导航提供必要信息。

Claims (1)

1.基于下倾立体相机的移动机器人前方坡度快速预测方法，包括设置在所述的移动机器人前部的双目立体摄像机，焦距为f，基线宽度为b，高度为h，其特征在于：所述的双目立体摄像机的光轴与所述的移动机器人的底盘的夹角为β，还包括与所述的双目立体摄像机连接的处理器，所述的处理器设置快速坡度预测方法，包括以下步骤：

(1) 所述的处理器获取所述的双目立体摄像机的图像对f_L和f_R，形成深度信息z=f(x,y)，x,y为像平面坐标，z为对应的深度, 是所述的处理器根据视差原理计算深度信息，利用所述的双目立体摄像机的参数，可得z=f(x,y)=f*b/d，其中d是根据图像对f_L和f_R计算得到的位置(x,y)的视差；

(2) 对于成像点a(x^A,y^A)，投影角度θ=arctan(y^A/f)，对应的实际点A的深度为z^A=f(x^A,y^A)，其中，深度z^A是点A沿光轴到光心O的距离；

(3) 角度δ=π/2-β-θ；线段AO的长度l₃=z^A/cosθ；实际点A到光心O所在铅垂线的垂直距离l₂=l₃*sinδ；光心O到实际点A所在水平面的垂直距离l₁=l₃*cosδ；

(4) 如果垂直距离l₁>h，前方地面为下坡，实际点A到平坦地面的垂直距离为l₁-h，则坡度为α=arctan((l₁-h)/l₂)；如果垂直距离l₁<h，地面为上坡，实际点A到平坦地面的垂直距离h-l₁，则坡度为α=arctan((h-l₁)/l₂)；如果垂直距离l₁=h，则地面为平面，角度为α=0。

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