第四章 結合影像感測融合機制實現
4.4 結合影像融合機制實現
為探討感測融合對於路徑追跡的影響，由於影像感測容易產生震盪，因 此若平台位置控制器太大時，容易產生震盪，因此於網路化控制使用相同的 控 制 器(KP=0.1)做為評比的標準，而集中式的控制則使用相同的控制器 (KP=0.003)，讓平台低速行走於直線路徑，做為實驗條件。將實驗分成三部 份：
Type 1：無感測融合(encoder)。
Type 2：無感測融合(image)。
Type 3：感測融合(fusion)。
表 4-1、表 4-2、表 4-3為表示三種類型的XW、YW、φ 位置IAE值於網 路式與集中式控制，可以看出當平台完全採用encoder為回授依據時，則平台 行走較為穩定，因此IAE值較小；當平台完全使用image回授時，由於距離目
標物遠，平台一開始容易產生些微震盪，會影響平台的初始角度，因此有較 大的IAE值；運用encoder與image融合後，IAE值則介於encoder與image之 間。
表 4-1 網路化控制於不同感測方式之位置 IAE 比較 Sampling time=50ms
XW YW φ
Straight
Encoder Image Fusion Encoder Image Fusion Encoder Image Fusion Mean 0.02 7.43 5.2 899.68 958.62 953.49 0.05 0.13 0.06
Position
IAE Max 0.03 9.93 5.86 899.89 964.85 955.71 0.05 0.28 0.1 (單位:cm)
表 4-2 集中式控制於不同感測方式之位置 IAE 比較 Sampling time=50ms
XW YW φ
Straight
Encoder Image Fusion Encoder Image Fusion Encoder Image Fusion Mean 12.57 25.25 14.9 934.6 984.48 968.0 0.01 0.16 0.02
Position
IAE Max 13.71 30.49 16.5 936.82 988.41 971.2 0.01 0.37 0.04 (單位:cm)
表 4-3 集中式控制於不同感測方式之位置 IAE 比較 Sampling time=2ms
XW YW φ
Straight
Encoder Image Fusion Encoder Image Fusion Encoder Image Fusion
Mean 17.58 60.8 31.5 1375 1420 1417 0.01 0.06 0.01
Position
IAE Max 20.6 66.8 34.6 1376 1428 1422 0.01 0.12 0.01 (單位:cm)
Type 1：無感測融合(encoder)
使用encoder作為平台角度、位置回授，在位置IAE與位置誤差都有較佳 的表現，平台也可以控制的穩定，但其缺點為平台若產生打滑，導致累積誤
差的產生，如圖 4-19為平台三方向的軌跡，可以看出encoder確實有到最終
Time (0.1s)
Distance (cm)
Y
Command Encoder IF Kalman
(a) Y 軌跡圖
Time (0.1s)
Distance (cm)
X
Command Encoder IF Kalman
0 50 100 150
Time (0.1s)
Angle (rad.)
Fi
Command Encoder IF Kalman
(b) X 軌跡圖 (c) φ 軌跡圖 圖 4-19 Type 1 直線路徑圖(μEncoder=1)
Type 2：無感測融合(image)
使用影像所得到的位置、角度回授，影像經由Kalman Filter位置估測 後，減少影像的震盪，由全方位鏡上所得到的平台座標X、Y、φ 最為回授，
圖 4-20為使用image回授所 到的平台三方向軌跡，可以看出若平台距離偵 測物較遠時，則容易震盪，導致平台一開始所偵測到的角度稍為傾斜，因此 整體由影像所得到的回授有達到，實際誤差如表 4-4 所示，差了 1.5cm，與 Type 1 比較起來，整體平台實際精確度大為提升，因此為了消除平台一開始 行走的震盪現象，提出Type 3 的融合方法。
得
0 50 100 150
-50 0 50 100 150 200 250
Time (0.1s)
Distance (cm)
Y
Command Encoder IF Kalman
(a) Y 軌跡圖
0 50 100 150
Time (0.1s)
Distance (cm)
X
Time (0.1s)
Angle (rad.)
Fi
Command Encoder IF Kalman Command
Encoder IF Kalman
Oscillation
(b) X 軌跡圖 (c) φ 軌跡圖 圖 4-20 Type 2 直線路徑圖(μImage=1)
Type 3：感測融合(fusion)
將影像與encoder所得到的值做融合機制如圖 4-18所示，當距離目標
0 50 100 150
Time (0.1s)
Distance (cm)
Y
Command Encoder IF Kalman Fusion
Fusion
(a) Y 軌跡圖
Time (0.1s)
Distance (cm)
X
Command Encoder IF Kalman Fusion
Time (0.1s)
Angle (cm)
Fi
Command Encoder IF Kalman Fusion
Fusion
Fusion
(b) X 軌跡圖 (c) φ 軌跡圖 圖 4-21 Type 3 直線路徑圖(影像距離 50cm 啟動融合) ≥
表 4-2 網路化控制於不同感測方式之前後位置誤差比較 Sampling time=50ms Type 1 (Encoder) Type 2 (Image) Type 3 (Fusion) Straight Sensor
output
World coordinate
Sensor output
World coordinate
Sensor output
World coordinate
Mean 0.00 9.7 0.2 1.5 0.06 1.03
Position
error |Max| 0.00 10.1 0.36 1.8 0.14 1.5
表 4-3 集中式控制於不同感測方式之前後位置誤差比較 Sampling time=50ms Type 1 (Encoder) Type 2 (Image) Type 3 (Fusion)
Straight Sensor output
World coordinate
Sensor output
World coordinate
Sensor output
World coordinate
Mean 0.00 10.16 0.16 1.13 0.1 1.1
Position
error |Max| 0.00 10.3 0.19 1.8 0.12 1.8
(單位:cm)
表 4-4 集中式控制於不同感測方式之前後位置誤差比較 Sampling time=2ms Type 1 (Encoder) Type 2 (Image) Type 3 (Fusion)
Straight Sensor output
World coordinate
Sensor output
World coordinate
Sensor output
World coordinate
Mean 0.00 10.03 0.13 1.9 0.11 0.93
Position
error |Max| 0.00 10.1 0.15 2.5 0.12 1.5