4、用于机器人系统视觉任务模拟的虚拟现实技术

用于机器人系统视觉任务模拟的虚拟现实技术

1. 引言

虚拟现实（VR）可作为分析机器人视觉系统与环境相互作用的工具，旨在设计算法以解决在 3D 世界中正确运行所需的视觉任务。与传统将 VR 用于向人类观察者进行视觉信息感知渲染的应用不同，本文方法利用 VR 模拟视觉系统的行为，通过虚拟立体相机与虚拟 3D 世界之间的几何关系来建模机器人视觉系统及其与环境的相互作用。这样，借助对环境结构和视觉系统的了解所提供的真实数据，能够对机器视觉算法进行定量验证。

在计算机视觉领域，特别是运动分析和深度重建方面，定量评估进展十分重要。然而，由于缺乏校准图像数据库，研究人员往往只能报告算法性能的定性结果。为解决这一问题，有研究提出通过提供图像序列以及真实视差和光流图的测试平台来定量评估视觉算法，也有通过激光测距仪收集的距离图像数据库生成图像序列和立体图像对的方法。但校准数据集的主要缺点是缺乏交互性，无法改变场景和相机视角。

为克服这些方法的局限性，一些研究者提出了配备视觉传感器、能在虚拟环境中运行的机器人模拟器。不过，这些软件工具更擅长精确模拟机器人的物理特性，而非视觉系统。许多研究中，立体视觉有待进一步开发，部分机器人模拟器虽有双目视觉系统，但使用的是平行轴相机。近期开发的一些应用虽能固定目标，但未提供真实数据。

2. 视觉系统模拟器

视觉系统模拟器的目标是模拟机器人在环境中行动和移动时的主动视觉系统，而非机器人本身的机械运动。具体而言，要精确模拟两个相机和机器人的运动（如会聚和转动），以提供双目视图及相关的真实数据（水平和垂直视差以及双目运动场）。该 VR 工具可用于两个目的：
- 获取带有相关真实数据的双目图像序列，以定量评估计算机视觉