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自主式足球机器人的视觉识别与视觉定位研究

作　者: 毛慧珍
导　师: 陈西平
学　校: 河南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 足球机器人全向视觉图像处理机器人自定位
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 84次
引　用: 1次
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内容摘要

Robocup足球机器人为智能机器人学科的发展提供一个具有挑战性的课题,它的主要目的是通过各种竞赛项目,提供一个标准的平台,使机器视觉技术、智能控制、无线电通讯、机器人技术、人工智能等多个领域的技术能够在该平台上实验和整合。机器人进行足球比赛要求足球机器人系统必须具有高度的实时性和准确度。视觉信息是机器人感知环境信息的的重要来源,视觉系统性能的优劣将直接影响到整套机器人系统功能的好坏。视觉系统的工作过程就是在保证实时性能要求和识别精度的前提下的视觉图象处理过程。这个过程主要包括了颜色信息的处理、目标的搜索与标定方法、目标位姿参数的计算等方面。本论文以全自主中型组足球机器人为平台,对机器人的视觉系统进行了重点研究。论文的主要工作如下:对足球机器人系统的整体体系结构、硬件系统和软件系统进行了详细的分析和介绍。根据机器人足球比赛环境的特点对视觉系统采集到的图像进行处理,使用中值滤波对图像进行去噪声处理,选择了对光线变化不敏感的HSI颜色模型进行颜色标定,在此颜色空间上利用游程编码算法进行图像分割和特征提取,根据球、球门及白线等目标的颜色特征对其进行识别。为实现由图像提取到的目标到机器人的像素距离到实际距离的转换,采用了多项式拟合的最小二乘法对全向视觉系统进行距离标定。在机器人基于全向视觉进行自定位方面,本文对利用特征点和三角定位算法的机器人自定位方法进行了实验研究,并针对中型组足球机器人比赛的新规则,提出了一种利用电子罗盘和白点信息的机器人自定位方法,实现了在没有球门颜色特征下的机器人自定位。最后,利用Visual C++编程对视觉系统进行了软件实现。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 机器人视觉发展概述及其应用  11-14
    1.2.1 机器人视觉发展概述  11-13
    1.2.2 机器人视觉的应用  13-14
  1.3 机器人视觉系统模型及视觉定位方法概述  14-16
    1.3.1 机器人视觉系统模型  14
    1.3.2 视觉定位方法概述  14-16
  1.4 本论文的主要研究内容  16-18
2 全自主足球机器人系统组成  18-29
  2.1 系统概述  18-20
  2.2 足球机器人硬件系统  20-26
    2.2.1 处理器系统  20-21
    2.2.2 运动机构  21-22
    2.2.3 踢球机构  22-23
    2.2.4 传感器  23-25
    2.2.5 供电系统  25
    2.2.6 通讯系统  25
    2.2.7 整体结构  25-26
  2.3 足球机器人软件系统  26-28
    2.3.1 视觉模块  26
    2.3.2 控制模块  26-27
    2.3.3 远程控制模块  27
    2.3.4 运动控制模块  27-28
  2.4 本章小结  28-29
3 足球机器人视觉信息处理  29-48
  3.1 视觉分析  29-30
  3.2 图像预处理  30-32
    3.2.1 中值滤波  31-32
  3.3 彩色图像分割  32-46
    3.3.1 彩色图像分割综述  32-36
    3.3.2 颜色模型空间选取  36-40
    3.3.3 基于阈值的颜色分类  40-41
    3.3.4 基于序列直方图的阈值选取方法  41-43
    3.3.5 区域分割  43-46
  3.4 目标识别及对干扰的处理  46-47
  3.5 本章小结  47-48
4 基于视觉的足球机器人自定位方法  48-64
  4.1 位置标定  48-53
    4.1.1 前向视觉的标定  48-49
    4.1.2 全向视觉的标定  49-53
  4.2 基于特征点的三角定位  53-58
    4.2.1 世界坐标系和体坐标系之间的对应关系  53-54
    4.2.2 三角定位原理  54-56
    4.2.3 利用特征点进行定位  56
    4.2.4 定位实验  56-58
  4.3 利用数字罗盘和白点进行定位  58-63
    4.3.1 定位算法描述  58-61
    4.3.2 实验结果  61-63
  4.4 本章小结  63-64
5 视觉系统软件设计与实验  64-72
  5.1 引言  64
  5.2 开发环境及语言  64-65
  5.3 视觉系统软件实现  65-70
    5.3.1 线程技术  65-66
    5.3.2 软件结构  66-68
    5.3.3 使用线程  68-69
    5.3.4 通讯协议  69-70
  5.4 软件界面和使用方式  70-71
  5.5 实验结果  71
  5.6 本章小结  71-72
6 总结  72-74
参考文献  74-78
作者简介  78-79
学位论文数据集  79

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