机器人视觉系统包括哪些关键技术

摘要：机器人视觉系统包括单目视觉、双目立体视觉、多目视觉等，机器人视觉系统依据视觉传感器的数量和特性使用不同的技术。

一、单目视觉

单目视觉系统只使用一个视觉传感器，在成像过程中由于从三维客观世界投影到N维图像上，从而损失了深度信息，这是此类视觉系统的主要缺点。

尽管如此，单目视觉系统由于结构简单、算法成熟且计算量较小，在自主移动机器人中已得到广泛应用，如用于目标跟踪、基于单目特征的室内定位导航等。同时，单目视觉是其他类型视觉系统的基础。

二、双目视觉

双目视觉系统由两个摄像机组成，利用三角测量原理获得场景的深度信息，并且可以重建周围景物的三维形状和位置，类似人眼的体视功能，原理简单。

双目视觉系统需要精确地知道两个摄像机之间的空间位置关系，而且场景环境的3D信息需要两 个摄像机从不同角度，同时拍摄同一场景的两幅图像，并进行复杂的匹配，才能准确得到立体视觉系统能够比较准确地恢复视觉场景的三维信息，在移动机器人定位导航、避障和地图构建等方面得到了广泛的应用。

然而，立体视觉系统的难点是对应点匹配的问题，该问题在很大程度上制约着立体视觉在机器人领域的应用前景。

三、多目视觉系统

多目视觉系统采用三个或三个以上摄像机，三目视觉系统居多，主要用来解决又目立体视觉系统中匹配多义性的问题，提高匹配精度。

三目视觉系统的优点是充分利用了第三个摄像机的信息，减少了错误匹配，解决了双目视觉系统匹配的多义性，提高了定位精度，但三目视觉系统要合理安置三个摄像机的相对位置，其结构配置比双目视觉系统更烦琐，而且匹配算法更复杂需要消耗更多的时间，实时性更差。

四、全景视觉

全景视觉系统是具有较大水平视场的多方向成像系统，突出的优点是有较大的视场，可以达到360度，这是其他常规镜头无法比拟的，全景视觉系统可以通过图像拼的方法或者通过折反射光学元件实现。

全景视觉系统本质上也是一种单目视觉系统，也无法得到场景的深度信息。其另一个特点是获取的图像分辨率较低，并且图像存在很大的畸变，从而会影响图像处理的稳定性和精度。

五、混合视觉系统

混合视觉系统吸收各种视觉系统的优点，采用两种或两种以上的视觉系统组成复合视觉系统，多采用单目或双目视觉系统，同时配备其他视觉系统。