基于双目立体视觉的自主资源勘探车辆环境识别技术研究

【摘要】本文结合企业横向项目“智能道路检测车关键技术研究”，通过对自主资源勘探车辆的行驶环境进行分析，结合国内、外自主地面车辆环境识别系统的研究现状，针对自主资源勘探车辆的环境识别系统，确定拟采用的技术方案；进而针对自主资源勘探车辆的实际使用要求，对双目立体视觉的相关技术进行研究，完成环境识别算法设计，实现基于双目立体视觉技术的自主资源勘探车辆行驶环境的重构。主要进行了下列研究：（1）阐述了自主资源勘探车辆的研究背景和研究意义，同时结合对目前国内、外自主地面车辆研究现状的相关分析，提出了自主地面车辆的相关关键技术，并确定研究内容，完成本文各章节的结构安排。（2）对自主资源勘探车辆的行驶环境进行了分析。对于有路地带的非结构化道路，采用基于宏观尺寸的八级分类法，而对于于完全无路的越野行驶环境，则采用基于凹凸程度的障碍物分类法；进而对环境识别传感器进行对比分析，确定采用结构简单、能耗较低、场景信息丰富的双目立体视觉传感器；同时搭建了环境识别系统硬件架构，并从场景识别精度、最大识别距离、有效识别宽度、前进方向上的视场范围等角度出发，完成了系统参数的配置；最后确定了自主资源勘探车辆的环境识别方案。（3）对双目立体视觉中的坐标系进行了分析，讨论了不同坐标系之间的转换关系；接着对摄像机的线性和非线性模型进行了研究，建立了考虑非线性畸变的非线性摄像机成像模型；结合对张氏单摄像机标定算法的研究，提出了双目立体视觉系统的标定方法，并进行了双目立体视觉系统的标定实验，获得了相关参数；同时基于双目立体视觉原理完成了极线校正算法的设计，进行了图像极线校正实验，验证了算法的有效性。（4）对比分析了现有的典型立体匹配算法，指出了立体匹配工作的难点与重要性，并基于对自主资源勘探车辆行驶特点的分析，选择了半全局立体匹配算法作为本文研究的立体匹配算法；进而通过立体匹配实验，验证了立体匹配算法的有效性，并针对实际使用条件下匹配结果不理想的现象，采用了基于直方图匹配的优化匹配方案对该问题进行了解决，实现了半全局立体匹配算法在室外环境下的良好工作。（5）比较分析了几种典型环境地图表述方式的优缺点，采用了数字高程图作为自主资源勘探车辆环境地图的表述方式；接着利用立体匹配算法确定视差，实现空间点三维信息的恢复，并转换到车辆坐标系中，完成行驶环境的三维重构；设计了环境地图的重构算法，进行了重构实验研究。实验结果表明，重构的局部环境地图精度可以满足自主资源勘探车辆的障碍物检测和路径规划要求，实现了自主资源勘探车辆对行驶环境的识别。本文的研究成果对于自主资源勘探车辆的环境识别技术有一定的理论价值，对于自主资源勘探车辆的应用推广有一定的实际意义和参考作用。
【作者】孙维毅；
【导师】王建华；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】自主资源勘探车辆；环境识别；双目立体视觉；环境地图；

【参考文献】
[1]国明.中央空调空气处理系统优化方法研究[D].沈阳工业大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[2]李俊山.中粮生化能源衡水公司果糖生产工艺流程改进研究[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.
[3]安德玺,梁彦,周东华.一种基于滤波参数在线辨识的鲁棒自适应滤波器[J].自动化学报,2004,04:560-566.
[4]白鹏.汽车碰撞安全”保护神”——走进天津汽车检测中心系列四[J].世界汽车.2004(08)
[5]赵诚斌.阻燃聚苯乙烯/硅气凝胶核壳珠粒的合成与复合保温板制备研究[D].长安大学,材料加工工程,2014,硕士.
[6]黄成泉1,2,王士同1,蒋亦樟1,董爱美1,3.一种基于L2-SVM的多视角核心向量机[J].控制与决策.
[7]韦海霞.集体林权制度改革中地方政府与农民互动关系研究[D].华中师范大学,政治学理论,2014,硕士.
[8]邱琳.人民币升值对我国制造业生产率的影响研究[D].湖南师范大学,产业经济学,2014,硕士.
[9]宁璇.山东省旅游产业融资策略研究[D].西北师范大学,旅游管理,2014,硕士.
[10]王圣威,金宗哲,黄丽容.多孔陶瓷材料的制备及应用研究进展[J].硅酸盐通报,2006,04:124-129.
[11]李爽.太赫兹椭圆形金属线表面等离激元的特性研究[D].上海大学,光学,2013,硕士.
[12]龚勇.多Agent联盟形成技术在组合贸易电子商务中的应用研究[D].国防科学技术大学,2005.
[13]周世平.电压质量监测与分析系统的开发[D].西安理工大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[14]韩启纲.模糊控制原理、设计及应用第1讲概述[J].冶金自动化,1995,01:46-48.
[15]安静平.磁性核壳材料的制备及应用研究[D].河北师范大学,物理化学,2013,硕士.
[16]王轶,席裕庚.广义预测控制的并行算法[J].自动化学报,1996,01:74-78.
[17]刘昊苏.不同布索形式下曲线矮塔斜拉桥静动力性能研究[D].北京建筑大学,结构工程,2013,硕士.
[18]张美娟.对外汉语教学中的体态语探析[D].苏州大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[19]王正贤.青藏铁路军民融合式动态监控系统的无线传感器网络模型[D].兰州大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[20]罗毅欣.智能逐日控制系统设计与实现[D].东北大学,控制工程,2011,硕士.
[21]李忠伟.当代中国国家舆论安全研究[D].西南财经大学,思想政治教育,2014,博士.
[22]顾汉程.中西医结合治疗急性期下肢深静脉血栓形成的临床疗效观察[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[23]李香俊.功能化石墨烯印迹电化学传感器的研究[D].济南大学,2014.
[24]袁丽卿.双Y永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究[D].浙江工业大学,2005.
[25]王海龙.热强碱性条件下两种钢冲击腐蚀磨损的研究[D].辽宁工程技术大学,材料加工工程,2004,硕士.
[26]王成淑.用于介电型EAP发电机的电压变换器研究[D].南京航空航天大学,机械电子工程,2013,硕士.
[27]于平.区域网格化的无线传感器网络拓扑控制算法[D].吉林大学,网络与信息安全,2014,硕士.
[28]陆迎芳.相对集中行政处罚权制度研究[D].苏州大学,法律,2003,硕士.
[29]马力辉.城市供水企业管理调度系统开发研究[D].太原理工大学,市政工程,2004,硕士.
[30]杨雯.PVA-HA复合水凝胶的原位合成与性能研究[D].哈尔滨工业大学,无机化学,2013,硕士.
[31]张婷.西安市低碳交通发展战略研究[D].西安建筑科技大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[32]杨青.国际刑事法院管辖权研究[D].河北经贸大学,国际法学,2014,硕士.
[33]张栋.磁性温敏凝胶作为卡介苗载体在膀胱肿瘤灌注治疗中的应用研究[D].山东大学,外科学,2014,博士.
[34]廖群山,胡华,林建平,刘中良,穆献中.四川盆地川中侏罗系致密储层石油勘探前景[J].石油与天然气地质,2011,06:815-822+838.
[35]韩笑.达内兄弟电影的纪实性叙事风格研究[D].东北师范大学,广播电视艺术学,2012,硕士.
[36]程史.基于模糊分布式模型的高炉炉温预测研究[D].内蒙古科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[37]王铁男,陈涛,贾镕霞.战略柔性对企业绩效影响的实证研究[J].管理学报,2011,03:388-395.
[38]张枫.vMIP-ⅡN端重组融合肽（GST-NT21MP）抗乳腺癌活性及其机制的研究[D].蚌埠医学院,临床检验诊断学,2013,硕士.
[39]孙凡.基于INTERNET的自动语音应答系统的研究和实现[D].太原理工大学,2002.
[40]李麟.物流中控管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[41]胡志伟,沈泽昊,吕楠,赵俊,李道兴,陈华,王功芳.地形对森林群落年龄及其空间格局的影响[J].植物生态学报,2007,05:814-824.
[42]邹德金.SiCp/Al复合材料二维切削状态下的棱边缺陷及形成机理研究[D].沈阳理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[43]李秀英.丹皮酚和山奈酚抑制巨噬细胞泡沫化机制的比较研究[D].重庆医科大学,药理学,2014,博士.
[44]何福才,王思滨.连铸坯连续矫直的试验研究[J].一重技术.2002(Z1)
[45]刘明霞,任仕泉.自组织数据挖掘在卫生总费用预测中的应用[J].卫生经济研究,2003,12:10-12.
[46]邝铁宝.社会主义建设初期经济体制改革偏轨的原因探析[D].华东师范大学,马克思主义理论与思想政治教育,2002,硕士.
[47]张若.图案在鞋靴设计中的应用研究[D].河北科技大学,设计艺术学,2013,硕士.
[48]宋兵.A公司高速公路收费证券化本土化融资方案设计[D].四川大学,工商管理,2003,硕士.
[49]冯皓.基于扰动抑制的多变量控制系统性能评估与应用[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[50]王敏.基于碳纳米管的场发射平板显示器研究[J].电子世界,2014,15:77.