導(dǎo)讀：機器人視覺系統(tǒng)，是指用計算機來實現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計算機來實現(xiàn)對客觀的三維世界的識別。人類接收的信息70%以上來自視覺，人類視覺為人類提供了關(guān)于周圍環(huán)境最詳細(xì)可靠的信息。

資料圖

機器人要對外部世界的信息進(jìn)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(tǒng)提供了大部分機器人所需的外部相界信息。因此，視覺系統(tǒng)在機器人技術(shù)中具有重要的作用。根據(jù)視覺傳感器的數(shù)量和特性，目前主流的移動機器人視覺系統(tǒng)有單目視覺、雙目立體視覺、多目視覺和全景視覺等。

機器視覺是一門學(xué)科技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造檢測等工業(yè)領(lǐng)域，用來保證產(chǎn)品質(zhì)量，控制生產(chǎn)流程，感知環(huán)境等。機器視覺系統(tǒng)是將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

單目視覺系統(tǒng)

單目視覺，單目視覺系統(tǒng)只使用一個視覺傳感器。在成像過程中，單目視覺系統(tǒng)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(tǒng)的主要缺點。

盡管如此，單目視覺系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)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泛應(yīng)用，如用于目標(biāo)跟蹤、基于單目特征的室內(nèi)定位導(dǎo)航等。同時，單目視覺是其他類型視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)，如雙目立體視覺、多目視覺等都是在單目視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過附加其他手段和措施而實現(xiàn)的。

雙目立體視覺

雙目視覺系統(tǒng)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，且可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(tǒng)需精確知道兩個攝像機之間的空間位置關(guān)系，且場景環(huán)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(jìn)行復(fù)雜的匹配，才能準(zhǔn)確得到所需信息。

立體視覺系統(tǒng)能比較準(zhǔn)確地恢復(fù)視覺場景的三維信息，在移動機器人定位導(dǎo)航、避障和地圖構(gòu)建等方面得到了廣泛的應(yīng)用用。然而，立體視覺系統(tǒng)的難點是對應(yīng)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(lǐng)域的應(yīng)用前景。

多目視覺系統(tǒng)

多目視覺系統(tǒng)，采用三個或三個以上攝像機，三目視覺系統(tǒng)居多，主要用來解決又目立體視覺系統(tǒng)中匹配多義性的問題，提高匹配精度。

三目視覺系統(tǒng)的優(yōu)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(tǒng)匹配的多義性，提高了定位精度，但三目視覺系統(tǒng)要合理安置三個攝像機的相對位置，其結(jié)構(gòu)配置比雙目視覺系統(tǒng)更煩瑣，而且匹配算法更復(fù)雜需要消耗更多的時間，實時性更差。

全景視覺系統(tǒng)

全景視覺系統(tǒng)，是具有較大水平視場的多方向成像系統(tǒng)，其突出優(yōu)點是有較大的視場，可達(dá)到360度，這是其他常規(guī)鏡頭無法比擬的。

全景視覺系統(tǒng)可通過圖像拼的方法或者通過折反射光學(xué)元件實現(xiàn)。圖像拼接的方法使用單個或多個相機旋轉(zhuǎn)，對場景進(jìn)行大角度掃描，獲取不同方向上連續(xù)的多幀圖像，再用拼接技術(shù)得到全景圖。折反射全景視覺系統(tǒng)由CCD攝像機、折反射光學(xué)元件等組成，利用反射鏡成像原理，可觀察360度場景，成像速度快，能達(dá)到實時要求，具有十分重要的應(yīng)用前景，可應(yīng)用在機器人導(dǎo)航中。

本質(zhì)上，全景視覺系統(tǒng)也是一種單目視覺系統(tǒng)，也無法得到場景的深度信息。其另一個特點是獲取的圖像分辨率較低，并且圖像存在很大的畸變，從而會影響圖像處理的穩(wěn)定性和精度。在進(jìn)行圖像處理時，首先需要根據(jù)成像模型對畸變圖像進(jìn)行校正，這種較正過程不但會影響視覺系統(tǒng)的實時性，而且還會造成信息的損失。另外，這種視覺系統(tǒng)對全景反射鏡的加工精度要求很多，若雙曲反射鏡面的精度達(dá)不到要求，利用理想模型對圖像校正則會存在較大偏差。

混合視覺系統(tǒng)

混合視覺系統(tǒng)，通過吸收各種視覺系統(tǒng)的優(yōu)點，采用兩種或兩種以上的視覺系統(tǒng)組成復(fù)合視覺系統(tǒng)，多采用單目或雙目視覺系統(tǒng)，同時配備其他視覺系統(tǒng)。

全景視覺系統(tǒng)由球面反射系統(tǒng)組成，其中，全景視覺系統(tǒng)提供大視角的環(huán)境信息，雙目立體視覺系統(tǒng)和激光測距儀檢測近距離的障礙物，清華大學(xué)的朱志剛使用一個攝像機研制了多尺度視覺傳感系統(tǒng)POST，實現(xiàn)了雙目注視、全方位環(huán)視和左右兩側(cè)的時代全景成像，為機器人提供了導(dǎo)航。全景視覺系統(tǒng)具有全景視覺系統(tǒng)視場范圍大的優(yōu)點，同時又具備雙目視覺系統(tǒng)精度高的長處，但是該類系統(tǒng)配置復(fù)雜，費用比較高。

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總結(jié)

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