基于增强现实的遥操作视觉方法研究与实现

• 作 者: 陈俊辉
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2020年04期
• 关键词: 遥操作 双目视觉 深度测量 增强现实

人在一定距离之外操控机器执行任务的方式称为遥操作。在机械智能化尚未满足要求的今天,在一些危险环境如核工业,采矿工作,排爆工作,太空探索等任务中,通过人的远程参与控制机器,不仅可以保障操作人员的生命安全,还可以充分发挥人的主观判断和操作经验应对突发状况。视觉是人类获取外界信息的最主要来源,对增强操作者对远端现场态势的把控十分重要,因此,针对遥操作视觉临场感系统的研究越来越广泛。然而,在立体视觉空间中,与现实世界中的相同距离判断相比,感知的自我中心距离经常被低估,即存在深度感知被压缩的问题。本文针对遥操作视觉临场感系统中存在的深度感知压缩问题进行了研究,主要工作包括:(1)设计并完成了一套遥操作视觉临场感实验系统。系统为操作者提供立体视觉,增强操作者的立体感和沉浸感;实现头部随动功能,操作者可在本地通过头部转动控制远程双目相机拍摄的方向;实现了视频无线传输,远端视频图像可通过WIFI传回本地;同时,搭配了一套可遥控移动机器人,用于遥控操作实验。立体视觉采用双目相机视频采集和头盔显示的方法,视频分辨率为1280×720,加入图像处理算法后平均帧率为22帧;头部随动通过云台载动双目相机转动实现,云台随动速度最大为360°/s,随动90°时平均误差为3.3%。(2)提出应用增强现实方法叠加深度提示、方向提示等辅助信息辅助操作。首先,完成双目相机标定,立体校正等图像预处理工作;在此基础上,针对视觉临场感中空间感知被压缩的问题,应用目标跟踪和基于特征的立体匹配方法实时计算目标的深度;最后,应用混合跟踪注册方法获取目标的姿态,采用增强现实方法将计算得到深度和方向提示信息融合到立体视频中。实验结果表明,增强现实辅助信息的添加,提高了操作者对距离把控的准确性,进而提高了操作效率。(3)利用本文搭建出的遥操作视觉临场感系统,对本文算法计算出的深度准确性进行实验,同时对深度提示方法和方向提示方法的有效性进行了验证。实验结果表明,同等条件下,添加深度信息有效提升了操作者对距离的把控,同时辅助信息添加,使操作效率提高了11.95%。