视觉导航技术综述医

2007 江苏省自动化学会学术年会论文集

视觉导航技术综述

唐超颖，杨忠，沈春林

(南京航空航天大学自动化学院，江苏 南京 210016)

摘要：概述了视觉导航技术。视觉导航依据视觉图像，利用图像处理、计算机视觉、模型识

别等相关技术获取运动体的运动信息和空间位置信息，实现导航。首先，简单比较了各种常

用的导航方式，分析了视觉导航的研究意义；其次，总结了目前视觉导航的应用领域及应用

概况；接着，介绍了局部视觉和分布式组合视觉两种导航方式的含义及应用情况；然后，分

析、比较了目前视觉导航研究中的一些关键技术；最后，综合国内外视觉导航技术研究的现

状及存在的问题，提出了进一步研究的方向与途径。

关键词：视觉导航、移动机器人、智能车辆、三维重建、图像匹配、路径识别

0 引 言

导航是指运动体按照预先给定的任务命令，根据已知的地图信息做出全局路径规划，

并在行进过程中，不断感知周围的局部环境信息，做出各种决策，随时调整自身的姿态与位

置，引导自身安全行驶，直至目标位置。导航系统要解决的问题包括：一、空间位置、方向、

环境信息的检测；二、所获信息的分析、处理及综合；三、运动路径规划。根据环境信息的

完整程度、导航指示信号类型、导航地域等因素的不同，目前常见的导航方法有：惯性导航、

电磁导航、卫星导航、激光导航、红外导航、无线电导航、视觉导航及各种方式的组合导航

等。

惯性导航利用加速度计与陀螺仪计算航程，推知当前位置和下一步目的地，不易受外

界环境的影响，是目前的主要导航方法，但随着航程的增长，定位误差将会不断累加，导致

定位精度下降[1] ；电磁导航也称地下埋线导航，20 世纪 70 年代迅速发展并广泛应用于柔性

生产，其原理是在路径上连续埋设多条引导电缆，分别流过不同频率的电流，通过感应线圈

对电流的检测来感知路径信息，该技术简单实用，但其成本高，改造和维护困难，且不适用

于长距离导航[2] ；卫星导航利用卫星发射无线电波到地面接收器的时间来推算地面接收器所

在的经纬度，其中GPS是目前真正实用的一种卫星导航和定位系统，但其技术为美国所垄断，

我国也正在致力于这方面的研究；激光和红外线定位由于可以达到很高的精度，近年也被广

泛应用于导航领域，但激光导航需要向外界发射能量，不易隐身，红外导航易受日光影响，

一般用于夜间导航；无线电导航方式中，角度到达定位和信号强度定位的精度不高，只能提

供粗略的位置信息，抵达时间定位可以达到很高的精度，但是电波以光速传播，要达到米级

精度，时间粒度需要纳秒级以上，且易受空中各种无线电波的干扰[3] 。

视觉导航是采用CCD 摄像头拍摄路面图像，运用机器视觉等相关技术识别路径，实现

[3]

自动导航的一种新兴导航方法 。由于视觉导航通常采用被动工作方式，设备简单、成本低、

经济性好、应用范围较广，在理论上具有最佳引导柔性，因此近年来发展非常迅速。文中后

续部分将对视觉导航的应用领域、适用范围、关键技术等方面做出综合分析。

基金项 目：国家自然科学基金资助项目

作者简介：唐超颖(1979-)，女，江苏南京人，讲师，导航、制导与控制

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2007 江苏省自动化学会学术年会论文集

1 视觉导航的仿生学来源及其研究意义

1.1 蚂蚁的视觉导航及其研究意义

[4]

蚂蚁能够用可怜的视力在多变的自然环境中远距离识路 。第一次经过时，它们在行进

的过程中储存了路线的图像信息，之后就使用复合地标以及对于整个地形的记忆来导航。蚂

蚁有一系列地标记忆，在不同情况下会选择使用相应的记忆，比如寻找食物、回家等等。精

确的记忆调用往往是基于蚂蚁储存的一个巨大的全景信息。理解蚂蚁导航系统有助于智能自

动控制装置的开发，昆虫行为往往比哺乳动物的行为更贴近机械，蚂蚁的导航策略有很多固

定的地方。这一研究使人们更容易理解蚂蚁的导航策略是如何运作的，以及如何设计自动控

制装置用同样的原理进行导航。

1.2 蜜蜂的视觉导航及其研究意义