《移动机器人原理与设计》第六章移动机器人感知

第六章移动机器人感知•移动机器人的传感器•不确定性的表示•特征提取16.1移动机器人的传感器传感器的分类根据传感器所采集内容的不同内部传感器：如用于角度测量的角度传感器外部传感器：如光强传感器根据实现测量的方法的不同主动传感器：如红外传感器被动传感器：如摄像头红外传感器HS0038（红外接收管）HS0038只是一个红外接收管，在实际使用时须与红外发射管配对使用，另外，红外接收管和红外发射管有两种装配方式，即对射式和反射式。HS0038管脚封装图红外发射管发射电路HS0038接收电路ST188特点：采用高发射功率红外二极管和高灵敏度光电晶体管组成。检测距离可调整范围大，4--13mm可用。采用非接触方式。ST188实物图ST188封装及内部示意图ST188应用电路图超声波传感器压电陶瓷超声波换能器（UCM—T40K1，UCM—R40K1）超声波换能器外形图超声波测距模块DYP-ME007模块外形图特点：工作电压：DC5V静态电流：小于2mA电平输出：5V（接收到回波时），0V感应角度：不大于15度感应距离：4cm--5m精度：0.3cm•引脚介绍：按图顺序依次为（左起）：VCC、trig（控制端）、echo（接收端）、out（空脚）、GND。•使用方法：本模块输出方式为PWM。我们可以利用单片机从控制口给出一个10us以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。一旦有高电平输出就可以打开定时器进行计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，定时器的值就为此次测距的时间，由于超声波在空间中传播的速度是确定且已知的，所以我们就可以计算出距离，如此周期性地测量方可实现移动机器人的移动测距。图像传感器（摄像头）CCD和CMOS传感器图像的采集及处理：行、场，隔行扫描等基本概念；两个重要概念：有效像素、分辨率CMOS数字摄像头（OＶ7620）主要技术参数•1/3英寸数字式CMOS图像传感器;•有效像素:664(水平方向)×492（垂直方向）；•内置１0为双通道ＡD转换器，输出８位图像数据；•5V电源供电；•工作时功耗120mW，待机时功耗10mW;•扫描方式：逐行/隔行扫描;•信噪比:48dB；摄像头与单片机连接电路Yn6——14（摄像头）为数据输出；VSYNC16（摄像头）垂直同步信号/复合信号;HREF15（摄像头）水平参考输出/垂直帧同步信号;DGND17（摄像头）信号地;DVDD19（摄像头）+5V电源;6.2不确定性表示误差的统计表示221()()exp()22xfx高斯分布图误差的传播1(...),1,2,...jjmYfXXjm误差传播示意图一维误差非线性传播问题TYXXXCFCF1111mXnnmffXXFfffXX•Cx表示输入不确定性的协方差矩阵，•CY表示输出不确定性的协方差矩阵，•Fx表示系统的雅可比矩阵其中：6.3特征提取基于距离数据的特征提取直线特征提取示意图coscossinsincos()0rr直线方程如下：直线特征的提取为例点与直线之间的正交距离：id为：cos()iiidr2211(cos())nniiiSdr选取的性能指标函数：00SSr分别对各个参数求一阶偏导：选择权值：21iii2211(cos())nniiiiiSdr性能指标函数化为：21212sin2cossin1arctan12cos2cos()iiniiiijijijiniiiijijiji11cos()niiiiniir加权最小平方意义下的解为：基于可视表象的特征提取空间局部特征提取方法全图像特征提取方法习题：1.试给出移动机器人传感器的分类方法，并举例说明。2.什么是模拟摄像头？什么是数字摄像头？两者的区别是什么？3.试给出CMOS摄像头和CCD摄像头的优缺点，在实际应用中应如何选择？4.什么是特征提取？在移动机器人学中，特征提取有哪些方法？5.试简述超声波传感器进行距离测量的工作原理。6.ST188红外光电传感器广泛应用于巡线机器人的设计，在实际应用中，如何提高系统对环境的适应性？