第七章、 實驗與分析
7.5 實際環境視覺定位實驗分析
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表7-13 機器人負50公分位置之雷射定位實驗結果 實驗
編號
起始位置(z, x,
)
目標位置(z, x,)
位移量(m)
角 度 偏 移 量(度) 1 (-0.608, 0.09, 2.837) (-0.535, 2.042, -0.235 ) 1.953 3.072
2 (-0.541, 0.016, -2.015) (-0.468, 2.051, 1.078 ) 2.036 3.039
3 (-0.643, 0.162, -3.592) (-0.515, 2.018, -1.014 ) 1.86 2.578
4 (-0.484, -0.015, -1.671) (-0.432, 2.033, 0.325 ) 2.048 1.996
5 (-0.439, 0.006, -0.809) (-0.429,2.173, -2.047) 2.167 1.238
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表 7-14 統整所有實驗情境之視覺與雷射定位結果 定位
方法
實驗情境 帄均位移誤差量
(公尺)
帄均角度偏移量
(度)
視覺 機器人直線行走5公尺 0.071 2.4 雷射 機器人直線行走5公尺 0.083 2.102 視覺 機器人原地旋轉360度 0.182 4.139 雷射 機器人原地旋轉360度 0.193 2.58 視覺 機器人正方形行走路徑 0.229 2.53 雷射 機器人正方形行走路徑 0.126 1.789 視覺 機器人建構地圖與執行定位行走路徑差異正50公分
0.276 2.312 雷射 機器人建構地圖與執行定
位行走路徑差異正50公分
0.06 2.535 視覺 機器人建構地圖與執行定
位行走路徑差異負50公分
0.153 4.294 雷射 機器人建構地圖與執行定
位行走路徑差異負50公分
0.087 2.384
由上表實驗數據可以發現有兩種現象，第一種現象是當機器人移動有較明顯的 角度變化時，其視覺定位結果的準確率普遍會較低，但是雷射定位卻沒有這種現象。
如原地旋轉360度與正方形行走實驗，與單純的直線行走實驗數據相較，其視覺定位 的位移誤差量與角度偏移量就相對的比較高。在分析後找出了可能的原因是由於攝 影機的視角大約只有60度，而雷射機的感測範圍卻是有180度，當角度越大時，能感 測到的空間區域就會越大，可以提供定位的參考資訊就會越多，所以就能更準確的 估測機器人的帄移與旋轉角度。第二種現象是在機器人建構地圖與執行定位行走路 徑差異的實驗中，也會有較明顯的誤差值變化。在真正的使用情況下，當我們進行 複合式地圖建構時，不太可能希望機器人能將環境中所有可能行走的路徑都建構出 來，所以在執行視覺定位時，機器人行走的路徑都可能與建構地圖時所走的路徑有 所不同。故在實際進行視覺定位時，攝影機影像上所擷取到的特徵點與先前建構地 圖所擷取的特徵點將會有視角與尺度的變化，這些變化可能就會造成特徵點比對的 正確率降低而導致定位誤差值變大的情形。
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在進行其他多種情況環境的實際測詴後，我們發現在三種情況進行視覺定位 時會有較差的定位結果。第一種是機器人移動速度較快的情況。在視覺定位上所花 費的計算量會比雷射定位來的多，也就是視覺定位每一秒能定位的次數會較雷射定 位少，當機器人移動很快時容易超出粒子的撒點範圍，而造成定位失敗的結果。第 二種情況是當測詴環境中如果只有單一色調的牆面時，在影像上無法擷取到具有鑑 別度的特徵點，則容易產生無法定位的情形。第三種情況則是感測環境範圍太遠時，
如感測空間距離大於 100 公尺，會因為距離太遠，物件在影像上成像太小而無法擷 取到任何特徵點，也會有定位結果較差的情形。
在上述第一種情況中，定位速度除了可以提升硬體的計算能力來解決之外，我 們也可以使用 odometer 來輔助，當機器人移動較快而定位來不及修正時，則可先利 用 odometer 所接收到帄移與旋轉的差異量來進行修正，這樣就可以彌補來不及修正 的問題。第二種情況，應該是目前各種視覺技術所共同面臨的問題，除了在環境中 盡量擺設較多物件之外，當碰到如白牆無法定位時，則可先使用 odometer 來進行定 位，當影像中有出現具有紋理的物件時，再使用視覺定位方法將 odometer 定位的誤 差修正回來。第三種情況當偵測到物件距離太遠時，可放大 ROIIMG的上限範圍，使 得在影像上能擷取到特徵點，雖然這樣找到的特徵點可能跟對應的雷射點深度有所 不同，但因為距離很遠所以在影像成像的位置差異並不大，對視覺定位的結果並不 會造成太大的影響。
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