基于摄像机与激光雷达的草丛中障碍物检测

随着机器人技术的发展,现代移动机器人不仅在工业制造方面,而且在军事、民用、科学研究等方面得到了越来越广泛的应用,它们可以代替人类实现很多繁重或恶劣条件下人们无法胜任的工作。在机器人的研究领域中,摄像机与激光雷达是机器人上主要的传感器。摄像机提供的色彩信息与激光雷达提供的距离信息具有很强的互补性,因此融合两者的信息成为当今的研究热点。本文通过摄像机与激光雷达融合系统,对室外移动机器人导航中的两大关键技术,即摄像机与激光雷达联合标定和草丛中障碍物检测,进行了深入研究,取得了有意义的成果。 本文首先介绍了多传感器融合的概念以及一般的理论和方法。重点介绍了多传感器融合的层次模型,以及各个层次上所采用的方法。并对多传感器联合标定的方法做了介绍。 针对本文所采用的摄像机和激光雷达融合系统,本文研究并提出了该系统联合标定的一种新方法。只使用一块平面靶标,摆放在任意不同位置若干次,并用摄像机与激光雷达采集数据,就可以完成摄像机与激光雷达自身参数的标定,以及两者之间的联合标定。该方法提取靶标平面内部点作为特征匹配,比用少量特征点或者线条作为标定点相比点数量多得多,而且采用平面内的点作为标定点,避免了混合像素对标定结果的影响。 之后,本文研究了基于摄像机与激光雷达融合系统进行的草丛中障碍物检测。对于野外环境下的移动机器人,草丛并不能算作真正障碍物,因此要过滤掉环境中草的影响,检测真正障碍物。在激光雷达采集的信息中通过最大值滤波器和取二阶导数绝对值的较小值,提取环境中的平面障碍物,通过多扫描平面以及多帧深度扫描图像消除单一扫描平面的零散误判障碍物区域,并融合摄像机采集的色彩信息对障碍物进行精确判定。