Robocup中型组足球机器人视觉系统的研究与应用

摘要

机器人是一项包含多项技术领域的综合性研究项目,自主移动机器人是机器人学科中技术含量比较高的一个分支,具有广泛的应用前景。本文在阅读大量文献的基础上,以华南理工大学全自主移动机器人为研究对象,针对移动机器人的视觉系统展开了较为深入的研究。本论文的研究工作主要包括以下几方面： 首先,从移动机器人的应用背景和发展状况开始,介绍了机器人的相关概念、起源、分类和现状,逐步展开对Robocup足球机器人的论述,介绍了Robocup中型组比赛的情况,并对国内外Robocup中型组机器人的发展和现状做了描述。 本文对Robocup中型足球机器人硬件系统结构进行了详细介绍,并分析研究了相应软件系统的设计要求、系统模型以及工作流程,据此提出了一个Robocup中型足球机器人软件系统的实现方案,并将其实现。 详细介绍了中型组机器人的视觉系统的图像处理技术。在机器人视觉概述的基础上,分析了图像转换的方法,提出了基于全局数据转换的图像模型转换,同时提出了基于阈值彩色图像分割、基于游程的图像识别和基于半径扫描的目标识别方法。第四章中将以上这些方法应用于多目标彩色识别系统,并验证这些算法能满足系统实时性、准确性的要求。 同时,本文分析了由笔者自主开发的基于前后向视觉的守门员机器人视觉系统的发展瓶劲,基于此提出一种基于全景视觉的自定位算法,在综合以往全维视觉系统展开算法的优缺点上,从理论上分析该自定位算法的有效性,并且通过实验证明,该算法性能有了很大提高、同时能准确地实现守门员机器人的自定位。

目录

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英文文摘

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第一章绪论

1.1机器人视觉的发展

1.2机器人足球研究的背景

1.3机器人及机器人视觉研究的意义

1.4国内外研究现状

1.5论文组织和主要特点

第二章Robocup中型足球机器人及视觉系统

2.1 Robocup中型足球机器人实验平台

2.1.1视觉传感系统

2.1.2运动控制系统

2.1.3执行机构

2.2 RoboCup中型组足球机器人视觉模型

2.2.1单摄像机视觉模型

2.2.2双摄像机视觉模型

2.2.3全景视觉模型

2.3 Robocup中型足球机器人视觉系统的功能

2.4本章小结

第三章Robocup中型足球机器人视觉图像处理及理论

3.1视觉概述

3.2图像获取与转换

3.3颜色阈值化

3.4像素分类

3.5区域生成

3.6目标跟踪

3.7本章小结

第四章中型组机器人视觉系统设计与实现

4.1视觉系统的设计要求

4.2机器人视觉系统软件总体框架设计

4.3主要封装的类以及重要的函数接口

4.4多目标实时彩色视觉跟踪系统的实现

4.5系统的测试

4.6本章小结

第五章基于前、后向视觉的守门员机器人视觉系统

5.1概述

5.2前向视觉

5.3后向视觉

5.4存在不足的地方

5.5本章小结

第六章基于全景视觉的守门员机器人自定位算法

6.1概述

6.2全景视觉系统的目标

6.3全景视觉及坐标系

6.4机器人自定位算法

6.5算法验证

6.6本章小结

结论

总结

展望

参考文献

致谢

攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果