導讀：機器人視覺系統，是指用計算機來實現人的視覺功能，也就是用計算機來實現對客觀的三維世界的識別。人類接收的信息70%以上來自視覺，人類視覺為人類提供了關于周圍環境最詳細可靠的信息。

資料圖

機器人要對外部世界的信息進行感知，就要依靠各種傳感器。就像人類一樣，在機器人的眾多感知傳感器中，視覺系統提供了大部分機器人所需的外部相界信息。因此，視覺系統在機器人技術中具有重要的作用。根據視覺傳感器的數量和特性，目前主流的移動機器人視覺系統有單目視覺、雙目立體視覺、多目視覺和全景視覺等。

機器視覺是一門學科技術，廣泛應用于生產制造檢測等工業領域，用來保證產品質量，控制生產流程，感知環境等。機器視覺系統是將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

單目視覺系統

單目視覺，單目視覺系統只使用一個視覺傳感器。在成像過程中，單目視覺系統由于從三維客觀世界投影到N維圖像上，從而損失了深度信息，這是此類視覺系統的主要缺點。

盡管如此，單目視覺系統由于結構簡單、算法成熟且計算量較小，在自主移動機器人中已得到廣泛應用，如用于目標跟蹤、基于單目特征的室內定位導航等。同時，單目視覺是其他類型視覺系統的基礎，如雙目立體視覺、多目視覺等都是在單目視覺系統的基礎上，通過附加其他手段和措施而實現的。

雙目立體視覺

雙目視覺系統由兩個攝像機組成，利用三角測量原理獲得場景的深度信息，且可重建周圍景物的三維形狀和位置，類似人眼的體視功能，原理簡單。

雙目視覺系統需精確知道兩個攝像機之間的空間位置關系，且場景環境的3D信息需要兩個攝像機從不同角度，同時拍攝同一場景的兩幅圖像，并進行復雜的匹配，才能準確得到所需信息。

立體視覺系統能比較準確地恢復視覺場景的三維信息，在移動機器人定位導航、避障和地圖構建等方面得到了廣泛的應用用。然而，立體視覺系統的難點是對應點匹配的問題，該問題在很大程度上，制約著立體視覺在機器人領域的應用前景。

多目視覺系統

多目視覺系統，采用三個或三個以上攝像機，三目視覺系統居多，主要用來解決又目立體視覺系統中匹配多義性的問題，提高匹配精度。

三目視覺系統的優點是充分利用了第三個攝像機的信息，減少了錯誤匹配，解決了雙目視覺系統匹配的多義性，提高了定位精度，但三目視覺系統要合理安置三個攝像機的相對位置，其結構配置比雙目視覺系統更煩瑣，而且匹配算法更復雜需要消耗更多的時間，實時性更差。

全景視覺系統

全景視覺系統，是具有較大水平視場的多方向成像系統，其突出優點是有較大的視場，可達到360度，這是其他常規鏡頭無法比擬的。

全景視覺系統可通過圖像拼的方法或者通過折反射光學元件實現。圖像拼接的方法使用單個或多個相機旋轉，對場景進行大角度掃描，獲取不同方向上連續的多幀圖像，再用拼接技術得到全景圖。折反射全景視覺系統由CCD攝像機、折反射光學元件等組成，利用反射鏡成像原理，可觀察360度場景，成像速度快，能達到實時要求，具有十分重要的應用前景，可應用在機器人導航中。

本質上，全景視覺系統也是一種單目視覺系統，也無法得到場景的深度信息。其另一個特點是獲取的圖像分辨率較低，并且圖像存在很大的畸變，從而會影響圖像處理的穩定性和精度。在進行圖像處理時，首先需要根據成像模型對畸變圖像進行校正，這種較正過程不但會影響視覺系統的實時性，而且還會造成信息的損失。另外，這種視覺系統對全景反射鏡的加工精度要求很多，若雙曲反射鏡面的精度達不到要求，利用理想模型對圖像校正則會存在較大偏差。

混合視覺系統

混合視覺系統，通過吸收各種視覺系統的優點，采用兩種或兩種以上的視覺系統組成復合視覺系統，多采用單目或雙目視覺系統，同時配備其他視覺系統。

全景視覺系統由球面反射系統組成，其中，全景視覺系統提供大視角的環境信息，雙目立體視覺系統和激光測距儀檢測近距離的障礙物，清華大學的朱志剛使用一個攝像機研制了多尺度視覺傳感系統POST，實現了雙目注視、全方位環視和左右兩側的時代全景成像，為機器人提供了導航。全景視覺系統具有全景視覺系統視場范圍大的優點，同時又具備雙目視覺系統精度高的長處，但是該類系統配置復雜，費用比較高。

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總結

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