基于视觉系统的全自主机器人控制系统研究

摘要

本论文以全自主移动机器人为平台，结合机器人足球世界杯中型组比赛为课题背景，研究基于视觉系统的全自主移动机器人控制系统。本文对全自主移动机器人视觉信息处理的关键问题进行了深入细致的研究，针对全景视觉系统的特点设计出视觉处理系统，实现了对全景图象的实时处理。我们首先研究了球形镜面、锥形镜面、双曲镜面等几种镜面的成像效果并进行了仿真实验，结果表明双曲线镜面具有单视点、变形小、分辨率高、体积小的特点，能够很好的满足比赛的要求，因此选定双曲线镜面用于构建全景视觉系统最为合适。其次研究了RGB、CMY、HIS等几种颜色空间的成像特点以及各自的优缺点，由于HIS颜色空间为图形学设计人员提供了对亮度和色调的直接控制并且可以对照明进行规范化处理可以对计算机视觉算法提供更好的支持，所以选用HIS颜色空间对全景图像进行研究。最后将种子点生长算法与阈值分割算法相结合，设计出基于区域的种子点生长分割算法，在HIS颜色空间对全景图象进行分割；在原有的基于颜色对目标进行方向定位的基础上能够准确的找到目标物体的边缘轮廓。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2机器人基础及相关技术

1.2.1相关概念

1.2.2机器人分类

1.2.3机器人的发展阶段

1.3全自主移动机器人的研究意义

1.4国内外研究现状

1.4.1本课题的研究现状和发展趋势

1.5项目背景、论文主要内容

1.6本章小结

2全自主移动机器人系统简介

2.1全自主移动机器人系统概述

2.1.1全自主移动机器人机械结构概述

2.2全自主式移动机器人各模块概述

2.2.1 XATU-1移动机器人轮系结构

2.2.2 XATU-1机器人控制系统

2.2.3慎思/反应混合系统，三层体系架构

2.2.4全自主移动机器人的组成

2.3本章结论

3全自主移动机器人的视觉系统

3.1视觉系统硬件结构

3.1.1全景视觉系统成像的基本原理

3.1.2全景视觉系统的分辨率

3.1.3目标点与全景图的像素点之间的对应关系

3.2全维视觉系统成像的基本原理

3.2.1全向反射镜面

3.3全向反射镜成像效果仿真

3.3.1锥形镜面

3.3.2球形镜面

3.3.3椭球线镜面

3.3.4双曲线镜面

3.3.5抛物线镜面

3.3.6仿真结果比较

3.4全向反射镜设计与实现及镜头参数选择

3.4.1双曲线镜面设计

3.4.2固定装置的设计

3.5本章小结

4颜色空间选择及图像分割算法

4.1颜色空间的选择与转换

4.1.1 RGB三基色

4.1.2 CMY减色系统

4.1.3 HIS系统

4.2图像的分割

4.3常用分割方法步骤

4.3.1区域分割

4.3.2区域表示

4.3.3轮廓分割

4.4目标的识别算法

4.4.1分割跟踪范围的选取

4.4.2基于区域的种子点生长分割算法

4.4.3种子像素的选取及生长方式

4.4.4试验结果

4.4.5结论

4.5本章小结

5视觉子系统的软件设计

5.1程序设计思路

5.2机器人视觉系统软件总体框架设计

5.3 视觉系统软件结构

5.3.1视频采集模块

5.3.2基于CBaseVision类及其子类的图像分析处理

5.3.3两个视觉的信息融合(updateWorld函数)

5.4本章小结

6基于视觉的控制系统设计

6.1系统简介

6.2程序模块划分及工作流程

6.3决策模块

6.3.1决策模块的原理

6.3.2决策模块动态库接口说明

6.4运动控制模块

6.4.1接口说明

6.5本章小结

7结束语

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢