基于图像处理实现的人与机械手象棋对弈系统

论文摘要

本文综合运用图像处理技术、串口通讯技术、VC++程序设计及PLC控制机械手技术等设计并实现了一套基于图像处理的人和机械手面对面的象棋对弈系统：人走棋后的棋子的位置分布信息由低成本普通摄像头实时传给计算机，通过图像处理技术判断出人的走步后，上位机再调用预存的象棋规则程序计算出机械手下一步的作战策略，并通过串口通讯技术传给下位机PLC以使其来控制机械手的具体走步。该系统最大的特点在于用图像采集装置来代替传统的位置传感器，利用图像处理结果作为棋子的位置反馈信号，实现了位置信号的非接触式测量，大大节约了系统的成本。首先从采集到的象棋盘图像产生几何失真的原因及算法执行的速度、精度方面着手，经过大量的实验分析，得到了适合本系统的快速有效的几何畸变校正方法，成功实现了象棋盘的校正并达到了良好的效果；然后对畸变校正后的图像采用了既能准确提取目标特征又不会消耗太多计算量的颜色提取的算法，实现了红色象棋子的识别；从功能和设计特点等方面考虑完成了硬件设备的选型，并给出了PLC与步进电机的控制电路原理图，实现了系统的硬件设计；从上位机的图像处理模块、串口通讯模块和下位机PLC的控制模块这三个部分着手，以VC为集成软件开发环境，完成了整套系统的软件设计。将图像识别技术应用于对机械手操作目标的监测与识别，适应了现代化的工业要求，具有良好的应用与发展前景，因此本课题具有重要的研究意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 图像处理技术
• 1.1.1 几何畸变校正技术
• 1.1.2 图像识别技术
• 1.1.3 图像处理技术的发展与现状
• 1.2 机器人视觉系统
• 1.2.1 机器人学研究
• 1.2.2 机器人视觉系统的发展及现状
• 1.3 课题研究内容及论文结构安排
• 1.3.1 课题介绍
• 1.3.2 主要研究内容及论文结构安排
• 第2章 象棋盘图像几何畸变校正原理及方法
• 2.1 引言
• 2.2 象棋盘图像的空间坐标变换
• 2.2.1 空间坐标变换的方法
• 2.2.2 几何畸变的类型及其校正多项式
• 2.2.3 象棋盘图像校正坐标变换式的选取
• 2.2.4 方法的实现及实验结果分析
• 2.3 象棋盘图像的灰度插值
• 2.4 小结
• 第3章 象棋盘图像几何畸变校正的实现
• 3.1 象棋盘图像的二值化
• 3.1.1 图像二值化
• 3.1.2 象棋盘图像灰度二值化的实现
• 3.2 象棋盘图像的边缘提取
• 3.3 象棋盘图像的校正实现
• 3.4 小结
• 第4章 象棋盘的红棋子识别
• 4.1 象棋盘图像的红棋子分割
• 4.1.1 颜色空间
• 4.1.2 颜色空间的选择与转换
• 4.1.3 红色象棋子的分割提取
• 4.2 目标图像的去噪处理及红棋子识别结果
• 4.2.1 目标图像的二值化
• 4.2.2 目标图像的去噪及识别
• 4.3 小结
• 第5章 人和机械手象棋对弈系统的硬件设计
• 5.1 引言
• 5.2 系统总体介绍
• 5.3 系统的硬件配置
• 5.3.1 摄像头
• 5.3.2 电机
• 5.3.3 机械手
• 5.3.4 限位开关
• 5.3.5 传送机构
• 5.3.6 PLC
• 5.4 小结
• 第6章 系统的软件实现
• 6.1 上位机图像处理模块的程序设计
• 6.1.1 图像的采集与存储
• 6.1.2 图像的处理
• 6.2 串口通讯模块的程序设计
• 6.2.1 本系统的通讯协议
• 6.2.2 上位机通讯程序设计
• 6.2.3 下位机通讯程序设计
• 6.3 下位机PLC控制模块的程序设计
• 6.4 系统的主程序设计
• 6.5 小结
• 第7章 系统研究结果分析
• 7.1 红棋子识别结果分析
• 7.2 系统运行界面
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录