[发明专利]一种移动机器人的视觉图像拼接系统及方法

说明书

本发明公开一种移动机器人的视觉图像拼接系统及方法，适用于双目视觉的移动机器人平台，该系统包括机器人图像采集模块、图像拼接系统处理模块和无线图像显示模块，其中，图像拼接系统处理模块又包含预处理模块、边界线定位模块、重合区域图像配准模块、图像变形融合模块、图像平滑模块，通过上述模块，可对机器人双目采集的图像进行预处理、边界线定位、重合区域图像配准、图像变形融合和图像平滑处理，后得到高质量的拼接图像，该系统及方法使的机器人的视野得到极大的拓宽，且能够更好的完成移动、定位、识别等目的。

技术领域

本发明涉及机器人视觉技术领域，特别涉及一种移动机器人的视觉图像拼接系统及方法。

背景技术

移动机器人的视觉定位与三维重建是实现机器人双目视觉技术、完成复杂智能任务的关键点，实际应用中单目视觉系统受其视野小的影响往往不能满足移动机器人的定位和环境重建的需要，因此双目视觉，甚至多目视觉系统更受移动机器人的青睐。利用图像拼接技术对机器人双目采集的图像进行拼接，可以增大机器人的视野，便于机器人更好地完成定位和环境重建任务。移动机器人平台的图像拼接是指将机器人通过摄像头获取的多幅部分重叠区域的窄视角图像进行融合，形成一幅无缝高分辨率图像的技术。

图像拼接是视觉领域和图像处理的一个重要分支，它是将两幅以上的具有部分重叠的图像进行无缝拼接从而得到大画幅或宽视角的图像。

机器人双目采集的图像拼接技术应用面临的重大问题是保留鲁棒性的同时兼具实时性、以及良好的视觉效果。

拼接装置在进行图像拼接运算中，有较多无用消耗是浪费在了非重合区域图像的处理且使用SIFT算法也难以达到实时性要求。若仅处理图像重合区域内的共有特征点，可极大提高拼接算法的效率。但是目前处理重合区域方法均为处理矩形框内的图像信息，这就导致了一个重大弊端，即在图片拍摄时设备有旋转误差，那么矩形重合区域内必定含有非重合图像，从而导致大量无用信息的存在，以及RANSAC与穷举的阈值算法匹配策略也会消耗大量时间；而对于图像融合部分存在的问题为：融合后的图片存在拼接缝隙、物体发生扭曲重影等问题。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种移动机器人的视觉图像拼接系统及方法，用以解决现有机器视觉技术中存在视觉范围受限，图像拼接速度慢、质量不高、带有拼接缝等诸多问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种移动机器人的视觉图像拼接系统，包括：

机器人图像采集模块，由安装在移动机器人上的双目摄像头构成，用于采集成对待拼接图像帧；

图像拼接系统处理模块，是在处理器上完成的，其包括：预处理模块、边界线定位模块、重合区域图像配准模块、图像变形融合模块、图像平滑模块，其中：

预处理模块，对所述机器人图像采集模块所采集的成对待拼接图像帧进行亮度调整；

边界线定位模块，对所述预处理模块处理后的成对待拼接图像帧划分测试块，再依次运用FAST算法和KNN算法对所述测试块进行配准，得到透视变换矩阵，然后再进行边界角点映射，从而定位边界线，得到重合区域信息，所述重合区域信息包括测试块特征点集、透视变换矩阵、重合区域图像；

重合区域图像配准模块，对所述重合区域图像采用透视变换矩阵进行分块，得到若干子图，再对所得的子图应用SURF算法、RANSAC算法、贝叶斯概率模型进行特征点配准及优化；

图像变形融合模块，使用优化的TPS函数对成对待拼接图像帧进行变形插值融合，其中所述优化的TPS函数为将所述特征点集中特征点之间的平均距离代替原TPS薄板样条函数中的正则参数；

图像平滑模块，对融合时的重合区域利用圆周映射像素，以实现像素从重合区域至非重合区域的平滑过渡，最终得到无缝隙的拼接图像帧；