视觉导航的循迹无人车控制技术

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所属分类:AGV设计资料
摘要

本文提出了一种基于视觉的路径识别与跟踪的循迹无人车控制方法,并以此为基础设计了一种适用于室内影视拍摄的循迹无人车。提出的视觉循迹导航方法首先利用一种局部自适应阈值
的图像二值分割算法进行路径识别,然后通过准确提取条带中心线进行路径跟踪。同之前的一些视觉循迹导航方法相比较,该方法可以抵抗光照变化的干扰,并适用于路径为曲线的情况,且能够在有限计算资源下达到实时处理。仿真实验和实际使用结果都验证了本文所提出的视觉导航控制技术的有效性和所设计的循迹无人车的先进性。

循迹无人车可广泛应用于室内摄影拍摄、自动化物流等多个行业领域。利用计算机视觉技术,依靠路径上的条带标记引导无人车进行自主行驶。但是,由于实际使用场景的复杂性,这类视觉导航控制方法[1-5]面临着光线变化、背景杂乱、条带残缺等诸多问题的挑战。文献[3]利用边缘检测进行路径识别,由于边缘检测易受到光线变化、背景杂乱、阴影等因素的干扰,这种方法在实际场景下难以长时间准确跟踪路径。文献[5]将霍夫变换应用于路径识别,但是这种方法只适合于路径为直线条带的理想情况,且同样容易受到光线和阴影等外在环境变化的影响。

本文重点讨论了一种适用于室内应用场景的视觉循迹导航控制方法,该方法主要包含路径条带识别与跟踪算法,同时,结合差速转向控制方法[6-8],针对影视拍摄领域的实际需要,设计了一种用于室内影视拍摄的循迹无人车。该车可搭载自动升降电动平台与开放式稳像拍摄设备,依靠地面上的路径条带标记自动引导小车行驶,能够满足大型会议、室内舞台剧及影视剧的拍摄需求。

1 循迹无人车系统构成

此自主循迹无人车主要由四部分构成,上位机软件系统,整车控制器,图像处理系统及机械执行机构。整车控制器以 TI 数字处理 DSP+FPGA 为核心,外围电路包括 DSP 的 PWM 输出、AD 转换、IO 口控制、通用定时器等各项系统外设模块。整车控制器通讯通过 422 总线与其它电路板进行通信。传感器部分包括超声波传感器的障碍物检测,保证小车运行时的外围安全。整车控制器通过 WIFI 模块接收来自上位机的指令,输出 PWM信号进入驱动板,进而实现车轮电机的控制,车小车的底盘安装有两个轮毂电机,车辆底盘为前驱布置形式,后部为万向轮支撑。当小车转向行驶时,前部两侧的车轮采用差速转向。小车轮毂电机采用充气轮胎,防止轮胎与地面打滑,增加了轮胎与地面的摩擦系数。整个循迹无人车的各个组成部分如图 2所示。

视觉导航的循迹无人车控制技术

图 1 循迹无人车系统组成框图

2 视觉循迹导航

本节讨论一种适用于室内应用场景的视觉循迹导航方法。首先,运用一种局部自适应阈值的图像二值分割算法进行条带的识别,然后,采取一种高效提取条带中心线的方法,准确跟踪路径。无人车以每秒 25帧的帧率采集原始图像,

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