【硕士论文】MiroSot足球机器人视觉图像信号处理算法改进研究.pdf

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1、摘要足球机器人比赛是近年来国际上兴起的一种高科技竞赛活动．足球机器人分为两大系列：Mh口sot系列和Robc峄系列。足球机器人是集机器人学、智能控制、数据融合、计算机技术、羌线通讯、图像处理、机械学等多种学科和技术于一体的综合性产物，它本身又是一个很典型的非线性的控制对象，为各种控制理论提供了一个非常好的实验平台。Mi『osot系列足球机器人主要由视觉子系统、决案子系统、通讯系统、机器人小车系统四部分组成。本文阐述MimS0t系列足球机器人视觉子系统图像信号处理算法的改进。文中首先介绍了数字图像处理方面

2、的一些基础知识和Mirosot足球机器人视觉子系统的一些实现技术，然后分析了从东北大学引进的足球机器人视觉子系统存在的误识别、丢失目标以及识别出的目标位置精度不高这三个方面的问题，针对这些问题提出了四种改造方法。这些方法分别是：建立自适应多值化颜色查找表解决误识别问题；通过高阶插值算法改造目标图像放大方式提高色标采集准确率从而减小丢失目标的可能性；通过位置补偿的方法来矫正由于摄像机镜头的光学作用引起的图像形变；采用一阶矩目标中心定位法提高目标中心点的计算精度。文中提出了一种根据彩色图像I∞B分量，分割目

3、标与背景的有效方法。实验表明这种方法能将目标与背景完好地分离出来，计算速度快，大大地减少了目标错误识别事，提高了定位精度．具有较好的实际应用价值。关键词：足球机器人、机器人视觉、直方图、图像分割、阈值选取第一章绪论1．1MjroSot足球机器人及其系统组成机器人足球比赛是近年来出现的一项集娱乐、体育和科研于一体的比赛活动。用机器人进行足球比赛，这一概念首先由AlarIMackwortII(univers时ofBrnishcol哪bia'canada)于1992年在其文章“onseeingRDb吣”中提出

4、n这一提议得到了广泛的赞同·韩国学者金钟焕于1996年开始主办微型机器人足球比赛：日本的学者北田宏明提出了机器人世界杯足球赛，并在1997年得以实施。目前，国际上机器人足球比赛分为两大系列：一是由国际机器人足联(FIRA)组织的微型机器人世界杯足球赛(Mirosot)：另一个是由国际人工智能学会组织的机器人世界杯足球赛(R0bocup)。本文阐述的足球机器人属于MiroSot系列。它是由3个体积不超过7．jcm×7．5cm×7．5cm的机器人(小车)组成一个球队，在130cmx90cm赛场上自主运动，目

5、的是将足球(高尔夫球)撞入对方球门，根据进球鼓决定双方胜负。1。MiroSot系列足球机器人系统分为四个子系统：视觉子系统、决策子系统、通讯子系统、机器人小车子系统。由于还有许多技术难关有待突破，目前，机器人足球比赛p1的科研色彩更浓厚些，人们可以期待，随着研究领域的不断深入和开拓．不久的将来，在绿荫场上参加比赛的将是能与人类球员一争高低的机器人。正鲡人工智能专家蔡自兴教授在中国2000年机器人学大会上所预言的那样：50年后，人类将实现这一光辉梦想。对于基于视觉进行运动的足球机器人来说．视觉系统是其“大

6、脑”——决策系统的唯一信息来源。视觉系统的任务是利用摄像头和图像采集卡，采集赛场的图像信号，通过图像处理技术进行处理．识别一幅幅彩色图像中不同颜色的机器人以及小球．得到各个机器人的位置坐标和方向及小球的位置坐标．把这些数据传递给决策系统。然后决策系统撮据这些值确定我方各个机器人的动作：进攻、防守或是打配合。所有这些动作都是通过机器人的左右轮速度配合来实现的．因此决策系统求出各个机器人的左右轮速度，通过通讯模块把各个机器人的左右轮速度指令发送出去，各个机器人接受到各自的左右轮速度指令后作相应的动作。比赛可

7、分为标准动作、l对l、3对3比赛。标准动作比赛就是单方的表演，由碰球、射定点球及2个机器人配合射门三部分组成：1对1比赛是双方各出一个球员进行比赛，而三对三是双方各出三个球员进行比赛，其中包括一个守门员和二个进攻防守球员。1对1和3对3比赛部分为上F两半场，每半场5分钟，与真正的足球比赛类似。整个比赛硬件系统如图1．1所示。图11Mimsot机器人系统足球比赛示意图比赛场地设置在室内．光源采用白色光，照明条件设定为1000lux左右。采用橙色高尔夫球(直径：42．7m，重：469)作为比赛用球。球场是真

8、实赛场的微缩模型(150cⅢ×130cm)，赛场表面涂成墨绿色(无镜面效应)。球场周围是高5cm，厚2．5cm的白色围栏，围栏顶部为黑色，侧面为白色，在场地四个角落固定7c“7cm等腰实心三角形，球场如图12所示。iTO』加矗世图1．2球场尺寸示意图(单位：厘米)球门宽度为40cm。机器人的尺寸限制在7．5cm×7．5cmx7．5cm，但IlF通讯天线高度不在机器人尺寸范围之内。顶部不能涂橙色．由组委会指定的蓝色或黄色色标来识别机器人球队，