26、多目标传感器规划助力精准重建

多目标传感器规划助力精准重建

1. 引言

传感器规划是机器人视觉任务中不可或缺的一步。在众多领域，如自主探索、主动视觉、自动表面采集、相机网络设计、物体搜索与识别等，规划合适的传感器配置至关重要。传感器规划研究致力于开发相关方法，以规划传感器参数值，从而从有利位置实现最佳图像采集。近年来，这个跨学科研究领域引起了越来越多的关注，涵盖了机器人学、计算机视觉和摄影测量学等多个科学领域。

传统的传感器规划常采用单目标优化方法，即根据视觉任务特点设计一个合适的单一准则来解决问题。然而，这种方法并不能准确反映传感器规划问题的本质。实际上，传感器规划问题涉及多个相互冲突的目标，应该从多目标的角度进行研究。本文提出采用进化多目标方法来研究传感器规划，以实现视觉测量任务的自动化设计，主要考虑相机运动、重建精度和计算成本等方面。

本文的研究场景是一个处于手眼配置下的主动视觉系统。规划者通过几何 3D CAD 模型获取静态环境的先验知识，采用摄影测量法进行 3D 重建，并根据机器人视觉系统的操作特性推导出不同的规划目标。传感器规划被视为一个有约束的多目标优化问题，并开发了基于进化计算的方法来求解。

本文的目标有两个：一是描述自动化视觉测量任务中传感器规划问题的多目标性质；二是提出一种基于进化计算的方法来解决此类规划问题。

2. 相关工作

2.1 传感器规划的主要研究领域

传感器规划可根据定义视觉任务时所采用的策略进行分类，主要研究领域包括：
- 自动化传感器和照明布置研究 ：致力于选择非接触式传感器的放置位置（或视点），以观察一个或多个物体表面。主要研究三个方面：