基于图像检测的湿吸类昆虫步态特征研究

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1、摘要步态规划是仿生机器人研究时必不可少的内容，对于机器人整体机构的运动特性及动力特性都有直接的影响，同时它也直接影响到机器入控制方法及实施的难易程度。本文针对仿生机器人的步态规划，提出了一种实验方法，并且利用自行搭建的实验系统，对昆虫在不同表面(地面、垂直壁面)的爬行运动过程进行实验研究，提取昆虫爬行的步念特征为机器人的步态规划提供数据支持。采用摄像系统将不同表面上昆虫的运动过程记录下来，然后将实验图像存入计算机中，编写软件对数据进行处理分析。首先，采用一种自适应背景模型，实现了动态场景中的背景获取；其次，使用背景差分图像法

2、，图像阴影消除算法，结合直方图自动阈值分割和数学形态学算法实现了运动中的昆虫检测。完成昆虫运动检测后，根据昆虫爬行过程其躯体与六肢运动方式的不同，提出了昆虫躯干与六条腿的分离算法，完成腿部检测；接着介绍了运用细化的方法将检测到的昆虫六条腿的骨架提取出来：然后，采用基于链码的角点检测方法，抽取骨架上的链码，将骨架方向迅速改变的点标识为角点，以此检测出昆虫各条腿的关节点；最后，运用三角形余弦定理，计算腿部夹角，得出昆虫运动过程中各腿关节的角度变化曲线。并分析了湿吸类昆虫在水平面、垂直壁面爬行的步态规律。关键词：步念试验，湿吸类昆

3、虫，运动分割，角点检测，步态特性ABSTRACTGaitplanningisoneoffundamentalresearchesforbio-robot，whichhasadirecteffectonthemechanicscharacteristicsofthelocomotivemeehanismandresultthesolutiontocontrolthemotionofbio-robot，eventually．Thethesisdiscussestheinsectgaitbyexperimentswhichincl

4、udesettingupexperimentfacilities，programmingtestprocedureanddoingexperimentindifferentsurfacesuchasflooLwallandceiling．Recordingthemotionofinsectindifferentsurfacesbyusingavideosystem，then，processingandanalyzingrecordeddatabycomputerprogrammer．Firstly,anadaptivebac

5、kgroundmodelisappliedtoextractingbackgroundindynamicenvironment．Secondly,thealgorithmsofimagedifference，shadowelimination，automatichistogramthresholdsegmentationandmorphologicaloperatorsareusedtoaccomplishthemovinginsectsegmentation．Then，analgorithmWasproposedbased

6、ondistinctivemannerofmovingbetweeninsect’Strunkandlegstoseparateinsect’Ssixlegsfromtrunk．Next，thinningisusedtoextractskeletonsfromthesixlegs．Afterthat，thecomersoftheskeletonsaledetectedbychaincode．Accordingtotheskeletonchaincode，thelegs’jointsalethecomerswhosedirec

7、tioninskeletonaltersrapidly．Finally,itwasacquiredtheanglecurveofeachlegaccordingtocomputingtriangle’Sinterioranglesbylawofcosines．Atlast，itisconcludedthelawofinsectgaitwhenitcrawlsondifferentsurfacesuchasfloorandwall．KeyWords：gaitexperiment，wet—adhesioninsect，movin

8、gsegmentation，comerdetection，gaitcharacteristicslI学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、