复杂工况下视觉AGV导航标识带中心线的提取研究
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１ 图像 预 处 理
ＡＧＶ 的导 航 标 识 带 是 一 条 贴 在 地 面 上 的 有 色 色 带 ，安 装 在 车 体 上 的摄 像 头 拍 摄 采 集 路 面 图 片 ，然后 进 行 图像 处 理 。首 先 ，要 将 图 片 灰 度 化 ， 因 为彩 色 图 片数 据 量 大 ，处 理 所 需 时 间 较 长 。灰 度 化 之 后 如 图 ｌ （ａ）所 示 。
关 键 词 ：视 觉 ＡＧＶ；数 学 形 态 学 ；阈 值 分 割 ； Ｈｏｕｇｈ变 换
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｌｉｎｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ＡＧＶ ’Ｓ Ｇｕｉｄｅ Ｒｉｂｂｏｎ
Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｍ ｐｌｅｘ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
銎 爰
Ｏ 引 言
自动 引 导 车 ＡＧＶ （ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ） 是 指 装 有 电 磁 或 者 光学 等智 能导 引装 置 ，能 够 沿 着 导 引 路 径 自动 行 驶 ，具 有 智 能 避 障 以及 各 种 预 警 和 移 载 功 能 的 无 人 运 输 车 。近 年 来 ， 随 着 自动 化 水平 的 提 高 ， Ａ（ｊＶ 的 应 用 范 同 不 断 扩 展 ，广 泛 地 应 用 于 工业 、军 事 、交 通 等 领 域 。
物 理路 径 ，在 理 论 上 具 有 最 佳 的 柔 性 ，但 实 际 虚 用 还 存 在 问 题 ，主 要 是 实 时性 差 和路 径 周 围环 境 信 息 库 建 立 比较 困难 。利 用 机 器 视 觉 ，通 过识 别 路 径 上 的条 带 状 标 实 现 自主 导 航 仍 是 现 阶 段 智 能 ＡＧＶ 车 辆 研 究 的 导 向 方 法 ［１］。相 较 传 统 的 电 磁 导 航 、磁 带 导 航 等 导 引方 式 ，这 种 视 觉 导 航 具 有 导 引 精 度 高 、路 径 设 置 和 变 更 简单 灵 活 、智 能 化 程 度 高 等 优 点 。视 觉 系 统 对 于 视 觉 ＡＧＶ 而 言 就 如 同眼 睛 对 于 人 一 样 ，是 非 常 重 要 的组 成 部 分 ，其 中 图 像处 理 环 节更 是 至 关 重 要 ，能 否 正 确 有 效 地 提 取 出 标 识 带 的 中 心 线 直 接 关 系 到 ＡＧＶ 导 航 的精 度 ，对 车 体 控 制 的 准 确 性 和 稳 定 性 具 有 决 定 性 的 作用 。视 觉 信 息 的处 理 技 术 是 自 动 引 导 车 研 究 中 的 关 键 技 术之 一［＝２］。
收稿 日期 ：２０１ ５—０７—０７； 修 回 日期 ：２Ｏ１５—０９一Ｏ６。 基 金 项 目：国家 自然 科 学 基 金 项 目（５１２７５４７７）。 作者 简 介 ：余 宏 杰 （１９９１ ），男 ，安徽 合肥 人 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 ＡＧＶ 视 觉 导 航 及 避 障 方 向 的 研 究 。
基 于视 觉 导 引 的 ＡＧＶ 是 利 用 摄 像 头 采 集 行 驶 路 面 的 图 片 信 息 ，通 过 计 算 机 进 行 数 字 图像 处 理 ，识 别 出 路 径 信 息 ，继 而 控 制 车 辆 的 运行 。主要 有 两 种 方 式 ，一 种 是 标 识 带 图 像 识 别 方 法 ，它 是在 ＡＧＶ 行 走 路 径 的地 面 上 贴 上 明 显 的 导 向 色 带 ，利 用 摄 像 头 动 态摄 取标 识 带 图像 并 计 算 出 ＡＧＶ 中 ｆｌ，相 对 于 标 识 带 中心 线 的 方 向 和 距 离偏 差 ，以控 制 车 辆 沿 着 中心 线 运 行 。另 一 种 是 利 用 摄像 头 动 态 摄 取 ＡＧＶ 路 径 周 围 环 境 的 图 像 信 息 ， 与 设 定 的 路 径 周 围 环 境 数 据库 中 的 图像 信 息 进 行 比较 ，从 而 确 定 当 前 ＡＧＶ 位 置 并 对 继 行 路 线 做 出决 策 ，这 种 方 法 不 需 设 置
复 杂 工 况 下 视 觉 ＡＧＶ 导 航 标 识 带 中 心 线 的 提 取 研 究
Fra Baidu bibliotek
余 宏杰 ，赵 燕 伟 ，冷 龙 龙
（浙 江 工 业 大 学 特 种 装 备 制 造 与 先 进 加 工 技 术 教 育 部 重 点 实验 室 ，杭 州 ３１００１４）
一～。一一～ ～一～一 ～一一～一～一～一～一＿～墨一～ｍ 摘要：针对光照不均匀 、导航标识带破损 、少量杂物干扰 的复杂工况 条件下 ，对视 觉 ＡＧＶ采集 到的路面导航 标识带 图片进行特 征
提 取 ，采 用灰 度 化 、 中值 滤 波 进行 了 图像 预 处 理 ，研 究 了 Ｏｔｓｕ法 和 迭 代 法 等 动 态 阈值 分 割 算 法 以 及 形 态学 在 图像 分 割 中的 应 用 ，并 对 预 处 理 图像 作 了分 割 对 比实 验 ；然后 对 分 割 后 的 图像 进 行边 缘 提 取 ，分 析 了 基 于最 小 二 乘 法 和 Ｈｏｕｇｈ变换 算 法 的直 线 拟 合 原 原 理 ，提 出 了 Ｈｏｕｇｈ算法 下 基 于 边 缘 线 的 中 心 线 拟合 算 法 ，并 作 了 直 线 拟合 对 比试 验 ；实 验 表 明 ， 复 杂 工 况 下 ，采 用 基 于 形 态 学 和 Ｏｔｓｕ算 法 相 结 合 的 方 法 对 图像 进 行 分 割 ，得 到 的 二值 图像 边 界 更 完 整 ，效 果 更 好 ，基 于 Ｈｏｕｇｈ变换 算 法 较 最 小 二 乘 法 能更 精确 有 效 地 提 取 出导 航 标 识 带 中 心 线 及 其方 程 。
· ２１２ ·
计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０ｌ ６．２ ４（１）
Ｃｏｍ ｐｕｔｅｒ Ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ
文章 编 号 ：１６７１—４５９８ｆ ２０１６）０ Ｊ一０２１２—０４ ＤＯＩ：】０．１ ６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１— ４７６２／ｔｐ．２０１ ６．０１．０５８ 中 图分 类 号 ：ＴＰ３ 文 献 标 识码 ：Ａ
ＡＧＶ 的导 航 标 识 带 是 一 条 贴 在 地 面 上 的 有 色 色 带 ，安 装 在 车 体 上 的摄 像 头 拍 摄 采 集 路 面 图 片 ，然后 进 行 图像 处 理 。首 先 ，要 将 图 片 灰 度 化 ， 因 为彩 色 图 片数 据 量 大 ，处 理 所 需 时 间 较 长 。灰 度 化 之 后 如 图 ｌ （ａ）所 示 。
关 键 词 ：视 觉 ＡＧＶ；数 学 形 态 学 ；阈 值 分 割 ； Ｈｏｕｇｈ变 换
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｌｉｎｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ＡＧＶ ’Ｓ Ｇｕｉｄｅ Ｒｉｂｂｏｎ
Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｍ ｐｌｅｘ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
銎 爰
Ｏ 引 言
自动 引 导 车 ＡＧＶ （ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｕｉｄｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ） 是 指 装 有 电 磁 或 者 光学 等智 能导 引装 置 ，能 够 沿 着 导 引 路 径 自动 行 驶 ，具 有 智 能 避 障 以及 各 种 预 警 和 移 载 功 能 的 无 人 运 输 车 。近 年 来 ， 随 着 自动 化 水平 的 提 高 ， Ａ（ｊＶ 的 应 用 范 同 不 断 扩 展 ，广 泛 地 应 用 于 工业 、军 事 、交 通 等 领 域 。
物 理路 径 ，在 理 论 上 具 有 最 佳 的 柔 性 ，但 实 际 虚 用 还 存 在 问 题 ，主 要 是 实 时性 差 和路 径 周 围环 境 信 息 库 建 立 比较 困难 。利 用 机 器 视 觉 ，通 过识 别 路 径 上 的条 带 状 标 实 现 自主 导 航 仍 是 现 阶 段 智 能 ＡＧＶ 车 辆 研 究 的 导 向 方 法 ［１］。相 较 传 统 的 电 磁 导 航 、磁 带 导 航 等 导 引方 式 ，这 种 视 觉 导 航 具 有 导 引 精 度 高 、路 径 设 置 和 变 更 简单 灵 活 、智 能 化 程 度 高 等 优 点 。视 觉 系 统 对 于 视 觉 ＡＧＶ 而 言 就 如 同眼 睛 对 于 人 一 样 ，是 非 常 重 要 的组 成 部 分 ，其 中 图 像处 理 环 节更 是 至 关 重 要 ，能 否 正 确 有 效 地 提 取 出 标 识 带 的 中 心 线 直 接 关 系 到 ＡＧＶ 导 航 的精 度 ，对 车 体 控 制 的 准 确 性 和 稳 定 性 具 有 决 定 性 的 作用 。视 觉 信 息 的处 理 技 术 是 自 动 引 导 车 研 究 中 的 关 键 技 术之 一［＝２］。
收稿 日期 ：２０１ ５—０７—０７； 修 回 日期 ：２Ｏ１５—０９一Ｏ６。 基 金 项 目：国家 自然 科 学 基 金 项 目（５１２７５４７７）。 作者 简 介 ：余 宏 杰 （１９９１ ），男 ，安徽 合肥 人 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 ＡＧＶ 视 觉 导 航 及 避 障 方 向 的 研 究 。
基 于视 觉 导 引 的 ＡＧＶ 是 利 用 摄 像 头 采 集 行 驶 路 面 的 图 片 信 息 ，通 过 计 算 机 进 行 数 字 图像 处 理 ，识 别 出 路 径 信 息 ，继 而 控 制 车 辆 的 运行 。主要 有 两 种 方 式 ，一 种 是 标 识 带 图 像 识 别 方 法 ，它 是在 ＡＧＶ 行 走 路 径 的地 面 上 贴 上 明 显 的 导 向 色 带 ，利 用 摄 像 头 动 态摄 取标 识 带 图像 并 计 算 出 ＡＧＶ 中 ｆｌ，相 对 于 标 识 带 中心 线 的 方 向 和 距 离偏 差 ，以控 制 车 辆 沿 着 中心 线 运 行 。另 一 种 是 利 用 摄像 头 动 态 摄 取 ＡＧＶ 路 径 周 围 环 境 的 图 像 信 息 ， 与 设 定 的 路 径 周 围 环 境 数 据库 中 的 图像 信 息 进 行 比较 ，从 而 确 定 当 前 ＡＧＶ 位 置 并 对 继 行 路 线 做 出决 策 ，这 种 方 法 不 需 设 置
复 杂 工 况 下 视 觉 ＡＧＶ 导 航 标 识 带 中 心 线 的 提 取 研 究
Fra Baidu bibliotek
余 宏杰 ，赵 燕 伟 ，冷 龙 龙
（浙 江 工 业 大 学 特 种 装 备 制 造 与 先 进 加 工 技 术 教 育 部 重 点 实验 室 ，杭 州 ３１００１４）
一～。一一～ ～一～一 ～一一～一～一～一～一＿～墨一～ｍ 摘要：针对光照不均匀 、导航标识带破损 、少量杂物干扰 的复杂工况 条件下 ，对视 觉 ＡＧＶ采集 到的路面导航 标识带 图片进行特 征
提 取 ，采 用灰 度 化 、 中值 滤 波 进行 了 图像 预 处 理 ，研 究 了 Ｏｔｓｕ法 和 迭 代 法 等 动 态 阈值 分 割 算 法 以 及 形 态学 在 图像 分 割 中的 应 用 ，并 对 预 处 理 图像 作 了分 割 对 比实 验 ；然后 对 分 割 后 的 图像 进 行边 缘 提 取 ，分 析 了 基 于最 小 二 乘 法 和 Ｈｏｕｇｈ变换 算 法 的直 线 拟 合 原 原 理 ，提 出 了 Ｈｏｕｇｈ算法 下 基 于 边 缘 线 的 中 心 线 拟合 算 法 ，并 作 了 直 线 拟合 对 比试 验 ；实 验 表 明 ， 复 杂 工 况 下 ，采 用 基 于 形 态 学 和 Ｏｔｓｕ算 法 相 结 合 的 方 法 对 图像 进 行 分 割 ，得 到 的 二值 图像 边 界 更 完 整 ，效 果 更 好 ，基 于 Ｈｏｕｇｈ变换 算 法 较 最 小 二 乘 法 能更 精确 有 效 地 提 取 出导 航 标 识 带 中 心 线 及 其方 程 。
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计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０ｌ ６．２ ４（１）
Ｃｏｍ ｐｕｔｅｒ Ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ
文章 编 号 ：１６７１—４５９８ｆ ２０１６）０ Ｊ一０２１２—０４ ＤＯＩ：】０．１ ６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１— ４７６２／ｔｐ．２０１ ６．０１．０５８ 中 图分 类 号 ：ＴＰ３ 文 献 标 识码 ：Ａ