全自主足球机器人视觉系统的方案分析与比较

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1、全自主足球机器人视觉系统的方案分析与比较AnalysisandComparisonofVisionSystemforAutonomousRobotSoccer李绍民刘任平2(1.大连民族学院,辽宁大连1166002.北方交通大学,北京100044)LIShaomin1LIURenping1(1.DalianNationalitiesUniversity,Dalian,116600,China(2.NorthernJiaotongUniversity,Beijing,100044,,China)摘要：简单介绍了全

2、自主足球机器人比赛系统。设计了全自主足球机器人视觉系统的典型电路，包括CCD摄像头、SAA7111、AL422B、EPM7128及TMS320VC5402，并详细分析了系统的时序关系。给出了典型电路的变型设计，并进行了比较。关键词：视觉系统；足球机器人；DSP中图分类号：TP242.6文献标识码：B文章编号：Abstract:Thispaperbrieflyoutlinesthecompetitionsystemofautonomoussoccerrobot.Antypicalvisionsystemcircu

3、itofautonomoussoccerrobotisdesigned.ThiscircuitincludesCCDcamera、SAA7111、AL422B、EPM7128andTMS320VC5402.Timingisanalyzedindetail,too.Thevariantdesignofthetypicalvisioncircuitisdiscussed.KeyWords:visionsystem;autonomoussoccerrobot;DSP1全自主式足球机器人概述全自主足球机器人比赛系统实际

4、上是一个自主工作的小车，自主机器人内部装载有完整的嵌入计算机控制系统，机器人不需要外界提供计算能力，可以完全自主地收集和处理周围环境信息，进行行为决策。在机器人的顶端或（及）机器人其它部位安装有彩色摄像头，其镜头可以左右摇摆和上下俯仰，为机器人在一定的视角范围内提供彩色的视频信息。此外，机器人还配备超声波或其它传感器，用来对环境进行距离探测和障碍探测。在多机器人参与比赛的时候，为实现机器人间的通信，应安装无线通信系统，共享已经探测到的环境信息，构成多机器人的协作系统。机器人还配备可充电电池组为嵌入计算机、传感器

5、、驱动电机提供电能。全自主足球机器人比赛的特点是：不允许在比赛场地的正上方或其它非机器人本体上设置全局视觉系统，而是将摄像机安装在机器人的本体上，这样摄像机只能提供比赛场地的部分信息，机器人需要不断地将摄像机镜头进行摇动及俯仰，必要时扭转车体来搜寻需要的信息。在比赛中，视觉系统依靠颜色来识别并判定目标。机器人对颜色的识别过程如下：当摄像头获得彩色图像以后，机器人上的嵌入计算机系统将模拟视频信号数字化，将像素根据颜色分成两部分：感兴趣的像素（搜索的目标颜色）和不感兴趣的像素（背景颜色）。然后对这些感兴趣的像素进行

6、RGB颜色分量的匹配。在比赛之前已经存储了比赛场地环境下的各种颜色信息查询表，比赛时需要将实时信息与颜色信息查询表的信息比较或匹配，以寻找搜索目标的颜色区域。为了减少环境光强度的影响，可把RGB颜色域空间转化到HIS颜色空间。在激烈的足球机器人比赛中，由于机器人运行速度较快（一般可达2M/S），这就对实时性提出了较高要求，机器人必须在很短的时间内（一般为20ms到100ms）作出识别和决策。因此实时的视觉处理是一项非常关键的技术。全局视觉系统是指采用全局静态彩色摄像机作为外部传感器，一般由悬挂在球场中圈上空的摄

7、像头摄取图像，采用PC机插视频采集卡的形式采集和处理球场图像信息，需要PC机整套软硬件系统支持下才能工作，其软硬件复杂，体积大，可靠性低。此法虽然简单，但不符合全自主足球机器人比赛的要求，因此本文设计符合自主足球机器人比赛的要求的视觉系统。2适合于自主足球机器人的视觉系统硬件典型方案设计典型视觉系统硬件如图1所示，主要包括视频解码器SAA7111、FIFO帧存储器AL422B、FPGA采集控制器EPM7128、DSP视觉识别芯片TMS320VC5402，这些芯片很容易买到，而且便宜。AL422BTMS320VC

8、5402SAA7111EPM7128CCDDI0-7DO0-7至其它部分WCKRE、RCKWEWRSTRRSTLLC2VSHFHSRTS0图1全自主足球机器人视觉系统典型方案视频信号源来自安装在机器人上的CCD摄像头输出的复合视频信号。系统加电复位后，先由DSP利用5402的McBSP的产生I2C总线信号对SAA7111工作寄存器初始化，然后SAA7111即开始实现反混迭滤波，线性相位