黄靖然

摘 要 机器视觉是扫地机器人感知外界环境的一种重要手段，而双目技术是扫地机器人感知外界的一个重要技术手段，双目技术可实现对目标物体的三维重建，是适用于扫地机器人关键技术之一。

关键词 双目技术 导航技术 三维重建 自定位

中图分类号：TP242 文献标识码：A

0引言

进入21世纪，随着机器视觉、传感器技术和人工智能等的全面发展，作为集这些技术为一体的机器人技术也取得了巨大的突破。同时，随着生活水平的提高，人们对自动化的需求越来越大，扫地机器人作为新时代人工智能的产物，逐渐地走进人们的生活中。然而，扫地机器人设计的技术非常复杂，现阶段扫地机器人的各项技术仍处于起步阶段，结构设计、导航技术、控制策略等都是服务机器人所需要研究的关键技术，也是目前学者针对扫地机器人的研究热点与难点。扫地机器人必须要有效地自主避障，因此导航技术是一项核心技术，在很大程度上推动者扫地机器人的发展。导航技术又可分解为三个关键问题，即双目视觉技术目标定位，多传感器融合，路径规划。本文就扫地机器人中的双目视觉定位技术进行了介绍及展望。

1双目视觉目标定位

与人类双眼视觉系统感知过程相似，双目视觉定位技术是指一个分别从不同的角度对同一个物体采集两幅图像并进行实时图像处理从而得到该物体三维信息的过程。其基本原理是，分别从两个不同的观测点对同一个场景进行拍摄，获取两幅图像，得到物体在两幅图像中的坐标信息，并通过坐标转换分析得到该物体的三维信息。

而扫地双目视觉目标定位就是通过在工作空间中或机器人自身上安装的两个摄像机对机器人场景进行拍摄，并得到目标物在左右图像中的位置，通过坐标转换还原到世界坐标系下，完成机器人对目标物的精确定位。一个完整的双目视觉目标定位技术主要包括摄像机标定、目标识别、立体匹配、三维信息恢复等步骤。

根据双目立体视觉的物理结构和成像原理可以抽取出如图2所示的几何关系。

则深度Z的计算公式为：

（1）

其中B为基线（baseline）的长度，表示两个相机光心的距离；f为相机的焦距；d为视差。

2双目技术在扫地机器人自定位上的应用

基于双目视觉的扫地机器人自定位就是在导航的过程中，通过在机器人自身上安装的双目摄像头获得同一目标物的两幅不同图像，通过摄像机标定、特征提取、图像匹配以及三维恢复等技术得到目标物距离自己位置及状态信息。扫地器人只有准确地知道目标的位置，才能有效地进行自主运动，实现自主到达目标点，并进行清理的过程。得到精确的目标定位信息是确保服务机器人完成自主导航的重要环节。

如图3所示，是将双目摄像头安装在扫地机器人上的示意图。将两个摄像头安装在机器人两侧耳朵的位置上，摄像头要平行放置，以确保采集到的左右图像尽可能涵盖相同的视角。通过张正友标定法分别得到左右摄像机内参以及外参。

如图4所示为扫地机器人的工作流程图。对左右摄像机获得的两幅图像分别进行图像预处理，进行双目立体匹配。进而计算每个像素点的视差，恢复出目标物体距扫地机器人的距离及精确位置坐标，扫地机器人自主移动到目标物体附近并达到清洁的目的。

如图5所示为机器人识别目标立方体所抽象出来的空间几何图。所示的工作环境为一个5mX5m的房间，半径为20cm的圆为简化的扫地机器人，质心在距离房间下边缘1m，左边缘2m处，运动方向为正前方，双目摄像头能获得的最大视角为120啊1叱の？cm的正方形为简化的立方体，质心在距离房间上边缘1.2m，右边缘1m处。扫地机器人在如图所示的位置工作时，通过双目摄像头捕获得图像，经过复杂算法得到如下所示方位的数据：L1=1.732m，L2=3m，L3=4.796m，L4=1.433m，L5=0.05m，L6=0.05m，L7=1.557m，L8=0.081m，L9=2.5m，L10=2.598m。

3双目技术的发展方向

目前，双目技术在扫地机器人的应用主要集中在价格与性能的评估。该技术由于应用场景的局限性、长距离测量精度受限、计算复杂度高，算法实现难度大等问题的存在，今后的发展方向应从以下几个方面考虑：

（1）進一步改进算法，在降低复杂度的同时，保证图像匹配的精度。

（2）实现一上电就可以自标定，即将摄像机的标定程序固化到扫地机器人的系统中。为了提高测量的精度和准确度，还可以采用变焦的摄像机。

（3）双目技术的应用场景很多，而不仅仅是在扫地机器人自定位方面。针对不同的需求，设计出符合特定要求的立体成像系统。可以用于三维重建、工业检测、生物医学、虚拟现实等领域，还有可能应用于航天遥测、军事侦察等。

4结语

随着当今社会自动化水平的飞速提高，扫地机器人在自动化行业中逐渐崭露头角，显示出众多的优势，智能化是如今服务业的重点发展方向之一，而双目视觉技术作为机器人智能化技术中的关键成员，得到了极大的关注。双目视觉通过模仿人眼来感知三维世界，随着这项技术的不断发展及实用化，将在智能机器人、军事监测、工业产品检测等领域得到很好的应用，对双目视觉技术展开研究，既有理论意义，也对实际生活、生产有深远的意义。

因此，研究更高水平的智能化算法并将其引入扫地机器人导航技术中以提高机器人智能化水平是未来的一个研究趋势。

参考文献

[1] 戴宗贤.基于双目视觉的三维重建与测量技术研究[D].重庆：重庆大学，2014.

[2] 吴若鸿.基于特征匹配的双目立体视觉技术研究[D].武汉：武汉科技大学，2010.