《移动机器人原理与设计》第六章移动机器人感知备课讲稿

第六章移动机器人感知(gǎnzhī)移动机器人的传感器不确定性的表示(biǎoshì)特征提取1第一页，共18页。6.1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(nèibù)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管脚封装图第二页，共18页。红外发射(fāshè)管发射(fāshè)电路第三页，共18页。HS0038接收(jiēshōu)电路第四页，共18页。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(jiēchù)方式。

ST188实物图ST188封装及内部(nèibù)示意图第五页，共18页。ST188应用(yìngyòng)电路图第六页，共18页。超声波传感器压电陶瓷(táocí)超声波换能器（UCM—T40K1，UCM—R40K1）超声波换能器外形(wàixínɡ)图超声波测距模块(mókuài)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第七页，共18页。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(jìnxíng)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。第八页，共18页。图像(túxiànɡ)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(xiànɡsù)、分辨率CMOS数字摄像头（OＶ7620）主要(zhǔyào)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；第九页，共18页。摄像头与单片机连接(liánjiē)电路Yn6——14（摄像头）为数据输出(shūchū)；VSYNC16（摄像头）垂直同步信号/复合信号;HREF15（摄像头）水平参考输出(shūchū)/垂直帧同步信号;DGND17（摄像头）信号地;DVDD19（摄像头）+5V电源;第十页，共18页。6.2不确定性表示(biǎoshì)误差(wùchā)的统计表示高斯分布图第十一页，共18页。误差(wùchā)的传播误差(wùchā)传播示意图一维误差非线性传播(chuánbō)问题第十二页，共18页。Cx表示输入不确定性的协方差矩阵(jǔzhèn)，CY表示输出不确定性的协方差矩阵(jǔzhèn)，Fx表示系统的雅可比矩阵(jǔzhèn)其中(qízhōng)：第十三页，共18页。6.3特征提取基于距离(jùlí)数据的特征提取直线(zhíxiàn)特征提取示意图直线方程(fāngchéng)如下：直线特征的提取为例

点与直线之间的正交距离：为：

第十四页，共18页。选取(xuǎnqǔ)的性能指标函数：分别对各个(gègè)参数求一阶偏导：选择权值：第十五页，共18页。性能指标函数(hánshù)化为：加权最小平方(píngfāng)意义下的解为：第十六页，共18页。基于(jīyú)可视表象的特征提取空间(kōngjiān)局部特征提取方法全图像特征提取方法第十七页，共18页。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