機(jī)器人穿越行為中基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的門識(shí)別方法及應(yīng)用.pdf

1、在火災(zāi)、人質(zhì)救援、核輻射等危險(xiǎn)環(huán)境中，面向室內(nèi)服務(wù)的機(jī)器人可替代人類進(jìn)行自主行走、自主巡邏的功能。機(jī)器人室內(nèi)行走的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是:如何在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中對(duì)相鄰空間的連接媒介（例如門、通道、洞）進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別并基于識(shí)別結(jié)果完成穿越。目前已存在的識(shí)別方法如紅外感應(yīng)、激光掃描、圖像邊緣檢測(cè)等手段采用框架模型進(jìn)行識(shí)別，但由于以下兩點(diǎn)原因?qū)е聶z測(cè)識(shí)別常出現(xiàn)較高的錯(cuò)誤率:(1)由于復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中類似門的邊緣特征場(chǎng)景較為常見(jiàn)，且容易出現(xiàn)物品遮擋，基于門的框

2、架模型來(lái)進(jìn)行識(shí)別（兩豎一橫結(jié)構(gòu)）無(wú)法對(duì)門的一些隱藏特征的提取;(2)由于僅僅采用判斷識(shí)別，無(wú)法對(duì)門的多姿態(tài)角度進(jìn)行識(shí)別。因此，目前所建立的僅依靠視覺(jué)信息的室內(nèi)導(dǎo)航的應(yīng)用極為缺少。
　　針對(duì)存在的問(wèn)題，本文研究基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的門識(shí)別，以提升機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)在干擾環(huán)境下的門識(shí)別能力及穿越能力。首先，采用自動(dòng)化特征提取方法來(lái)避免建模過(guò)程中的特征丟失，以解決出現(xiàn)遮擋后識(shí)別上魯棒性不足問(wèn)題。第二，針對(duì)模型訓(xùn)練需求，采集、制作了門的訓(xùn)練數(shù)

3、據(jù)集來(lái)完成系統(tǒng)模型的訓(xùn)練，設(shè)計(jì)多姿態(tài)識(shí)別方案，通過(guò)定位機(jī)器人所處的相對(duì)角度對(duì)門進(jìn)行多姿態(tài)識(shí)別。第三，基于所識(shí)別的門圖像，設(shè)計(jì)機(jī)器人距離估計(jì)方案，結(jié)合角度進(jìn)行位置定位并給出控制指令，然后進(jìn)行門的穿越實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證該系統(tǒng)中門穿越的可行性。最后，進(jìn)行了敏感性分析，對(duì)門進(jìn)行多比例遮擋實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證門識(shí)別方法的魯棒性。結(jié)果分析顯示深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在門的識(shí)別上具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠保證識(shí)別目標(biāo)的可靠性與魯棒性。
　　通過(guò)本文的研究，一方面驗(yàn)證了深度卷積