MiroSot足球机器人视觉系统颜色标定及机器人小车识别算法的研究

论文摘要

足球机器人是当前机器人领域的一个研究热点。它融合了信息、自动化、通信、机电一体化和人工智能等关键技术,同时为相关领域内的理论研究提供了一个良好的实验和测试平台。视觉是人类最重要的感觉器官,人类所获得的大部分外界信息都来自视觉。随着人类对自然世界的不断探索,人们总希望能够通过某种机器来实现人类视觉的功能,自动地获取外部世界的信息。机器人足球比赛系统中的视觉子系统正是一个基于彩色图像处理的有较高实时性要求的系统,因此,它可以作为以上领域一个非常理想的研究对象。本文主要讨论应用在MiroSot足球机器人比赛中的视觉子系统。视觉子系统是整个比赛获得信息的唯一途径,能否由视觉系统快速、精确地获取场上信息,是整个比赛的关键,它的性能直接影响到比赛的胜负。视觉子系统需对彩色的比赛图像进行实时跟踪和识别,实现机器人的视觉传感功能。鉴于视觉系统目前的研究情况,结合我们现有系统这么多年的研究,论文研究内容主要集中在以下两个方面:首先是视觉系统离线分析过程的颜色标定研究。颜色标定是建立颜色信息库的主要方法,针对目前普遍使用的手工标定方法存在的几点不足,如繁琐耗时、目标颜色的提取不准确等缺点,本文提出了一种快速颜色标定方法,能在较短时间内建立起一个可靠、完整的颜色信息库。其次是色标识别算法研究。MiroSot足球机器人比赛中是通过辨识机器人顶部的色标来确定其位姿、方向和车号的。色标的设计问题一直是足球机器人视觉系统设计中的一个难题,因为色标设计与辨识算法是紧密相关的,好的色标设计不仅能提高辨识精度,而且可以改善系统的实时性和抗干扰性。为提高视觉系统的识别性能,本文提出了一种色标设计方案,并针对这种设计方案提出了一种基于色块外接矩形的快速搜索算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 机器人足球比赛及机器人足球系统研究
• 1.2 FIRA MIROSOT 系列机器人足球比赛系统基本构成
• 1.3 FIRA MIROSOT 足球机器人视觉子系统
• 1.3.1 FIRA MiroSot 足球机器人视觉子系统的组成和工作原理
• 1.3.2 FIRA MiroSot 足球机器人视觉子系统的性能要求
• 1.3.3 FIRA MiroSot 足球机器人视觉子系统的主要研究课题及现状
• 1.4 本文的研究内容和论文结构
• 1.4.1 本文的研究内容
• 1.4.2 论文结构
• 2 视觉系统中的图像处理与识别基础
• 2.1 图像的基本知识
• 2.1.1 图像的概念
• 2.1.2 颜色视觉
• 2.1.3 颜色空间
• 2.2 图像的获取
• 2.3 图像的数字化
• 2.4 图像的表示
• 2.5 图像分割
• 2.5.1 图像分割的基本方法
• 2.5.2 彩色图像分割
• 2.6 图像识别
• 3 视觉系统的颜色标定
• 3.1 基于差分图像的快速颜色标定
• 3.1.1 颜色标定
• 3.1.2 颜色模型的选择和颜色信息库的建立
• 3.1.3 图像差分技术
• 3.1.4 快速颜色标定
• 3.2 实验及结果分析
• 3.2.1 实验一
• 3.2.2 实验二
• 3.3 本章小结
• 4 机器人小车的快速识别
• 4.1 色标设计
• 4.1.1 国内及国际上主要的色标设计
• 4.1.2 色标设计总结
• 4.1.3 矩形色标设计
• 4.2 色标识别算法
• 4.2.1 色标识别算法研究
• 4.2.2 色标位姿参数的计算
• 4.2.3 色标搜索算法
• 4.3 实验与分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录