机器视觉系统在Robocup中的应用与研究

摘要

随着计算机技术尤其是多媒体技术和数字图像处理及分析理论的成熟，以及大规模集成电路的迅速发展，机器视觉技术得到了各国深入的应用研究。由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验、质量控制和机器人等领域。 足球机器人世界杯Robocup作为一项国际性的赛事为机器视觉以及机器人学、人工智能、多智能体系统、模式识别等其他交叉或前沿学科提供了一个理想的仿真和实验平台。机器视觉系统是足球机器人比赛的一个极其重要组成部分，其性能将极大地影响比赛的结果。由于球员及球的位置移动使得场上的情况千变万化，各个时段或场地各个区域的光照强度也有所不同，现有的机器人足球视觉系统不能够满足在不同的外部环境下对球员及球的位置等进行精确和实时定位的要求。如何设计出一个具有很强的适应性并且高效实时的视觉系统也成为了很必要和关键的问题。 论文在分析国内外有关机器视觉方法相关文献的基础上，结合Robocup小型机器人足球比赛的规格，设计出一套足球机器人视觉系统。论文主要工作及创新点是： (1)详细介绍了Robocup中视觉系统工作流程。 (2)提出了几何图形区域的快速确定算法和一种基于二次多项式预测的区域搜索方法，可以为视觉系统迅速找到的球员颜色标示重心，并对搜索的初始点进行合理预测，相比传统种子点搜索法提高了整个视觉系统的实时性和准确性。 (3)提出了结合RGB和HSI色彩空间的颜色提取算法。先利用实时性好的RGB色彩模型搜寻特征颜色，当搜寻到种子点时，立即转换采用对亮度不敏感的HSI色彩模型，作为搜寻特征颜色临界值参数。这种方法增强了系统对于光源亮度变化的适应性，同时减少了图像分析和处理的工作量。 实验结果说明所设计机器足球视觉系统达到即时性、稳定性与准确性的要求，具有良好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2机器视觉的发展及应用

1.3机器人视觉系统

1.4机器人视觉系统的相关研究

1.5研究目的及本文工作

1.6论文框架

第二章机器视觉与Robocup

2.1数字图像处理基础

2.1.1图像预处理

2.1.2图像分割

2.1.3图像分析

2.1.4彩色图像处理

2.2机器视觉关键算法

2.2.1图案搜索

2.2.2斑点分析

2.3 ROBOCUP中的机器视觉

2.3.1 ROBOCUP小型组简介

2.3.2 RoboCup中机器视觉系统流程

2.4色彩空间

2.4.1色彩空间分类

2.4.2色彩空间的选择

2.5本章小节

第三章区域搜索与颜色提取算法

3.1几何图形区域的快速确定算法

3.1.1区域确定的传统方法

3.1.2简单几何图形区域的快速确定算法

3.2基于二次多项式预测的区域搜索算法

3.2.1窗口搜索方法

3.2.2二次多项式预测搜索图像

3.2.3预测器规则

3.3颜色特征提取算法

3.3.1彩色标志之颜色分布模型

3.3.2混合式颜色搜寻算法

3.4色标设置与成员辨别方法

3.5本章小结

第四章Robocup机器视觉系统的实现

4.1 ROBOCUP机器视觉系统环境

4.1.1视频采集卡

4.1.2机器人小车

4.1.3 CCD摄像机

4.2机器视觉系统的预处理

4.2.1影像平面与摄影机之间的坐标转换

4.2.2摄影机与真实世界之间的坐标转换

4.2.3球场高度位置错误纠正

4.2.4截取图像的交错问题

4.2.5广角失真修正

4.3本章小结

第五章实验及结论

5.1坐标测试结果与结论

5.2视觉追踪实验及结论

5.3本章小结

第六章结论与未来展望

6.1论文结论

6.2未来工作展望

参考文献

致谢

发表论文和主持课题情况