Advisor: Prof. Chin-Shyurng Fahn

TEL: 02-2733-3141 # 7425

Location: RB307-3

Designer: Yu-Ta Lin

基於一般性環境偵測的電腦視覺導航車系統

 

  本文提出了一個可利用任何環境之邊緣特徵當作行進依據的電腦視覺導航 車系統。基於系統發展的考量,文中首先提出電控 CCD攝影機之自動對焦 與自動光圈的策略,使視覺導航車不會因環境距離與環境光線的改變而影響導航的效果。在自動對焦方面,本文提出了正規化絕對梯度差分和與樣本方差的影像清晰度評估法,並以一元立次方曲線進行估算,使攝影機鏡 頭能快速移至對焦的位置。在自動光圈部份,除了可以延用樣本方差的影像清晰度評估法以外,尚提出了灰度直方圖的方法,使系統能夠依照所需 的條件而選擇不同的影像清晰度評估法,以獲得最適的光圈大小。本電腦 視覺導航車在自動航行之前,必須先輸入環境地平線所在的影像水平線位置與參考目標,它的主要導航原理係利用影像之移動速度來計算環境距離,其中歪斜影像資料之修正量是經由目標點的比對方式所估測出的航行偏向而求得。為了節省計算時間及減少雜訊干擾,本視覺導航車對於每張影像只取所設定的水平線之部份影像資料,並隨即用中序濾波器與低通濾波器予以處理。接著對這種前後影像的一維資料進行適當的分段,以啟發式的搜尋方法找出影像特徵的對應關係,再根據這些影像特徵的位置、攝影機的焦距與前進距離求算出視覺導航車的航行偏向與影像中所對應的環境距離。最後,利用目標位置的座標值,並配合目前左右動力輪回授的速度,透過學習的控制矩陣對左右馬達下達速度命令,以驅使視覺導航車安全地邁向事先設定的目標。本文所提出的方法皆在實際的電腦視覺導航車系統上獲得成功的驗證。在自動對焦方面,證實了正規化絕對梯度差分和與樣本方差的影像清晰度評估函數除了可對靜態影像進行精確對焦以外,更可適用於動態影像的精確對焦。在自動光圈方面,確認了樣本方差與灰度直方圖的影像清晰度評估函數,可以分別應用在注重整體影像邊緣特徵強度或是注重不損失影像邊緣特徵個數的場合。在視覺導航車的靜態實驗方面,可以從前後兩張影像正確判斷偏航的角度,並約略計算出攝影機與環境之間的距離,而在動態的導航實驗方面,本視覺導航車能在有移動性障礙物的環境下,以智慧型的控制方式自動航向目標達50公尺以上。