基于几何特征的足球机器人目标识别算法研究

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1、第8卷%第7期软件导刊Vol.8No.72009年7月SoftwareGuideJul.2009基于几何特征的足球机器人目标识别算法研究王科，贺巧龙，崔新友（中国地质大学信息工程学院，湖北武汉430074）摘要：提出了一种针对不同色标块形状的目标识别算法，能够在确保准确度的前提下快速地识别目标，满足实时比赛的需要。关键词：目标识别；二分搜索法；种子点；边界点中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1672-7800（2009）07－0060－02不同的思想：一种是基于重心法的，即识别色标块是通过像

2、素0引言信息来识别的，那么色标块的中心就是构成它的所有像素点的中心；另一种是基于边界点的，该思想认为色标块都是有规则机器人足球比赛是一项集娱乐、体育与科学研究为一体的的几何形状，那么只要搜索出色标块的几个特殊的边界点，就比赛活动。它为人工智能、机器人学、多智能体系统等其它交叉可以求出色标块的中心。本文讲述的一种二分搜索算法采用第或前言学科提供了一个理想的仿真和实验平台。机器人足球比二种思想，并完善了边界点的搜索算法。赛系统包括4个子系统：视觉子系统、决策子系统、无线通讯子系统和机器人（小车）子系统。为了

3、能在比赛中取得好的成绩，3一种二分搜索算法必须让机器人能根据其所处的环境变化做出相应的决策，所以视觉子系统在机器人足球比赛中占据着非常重要的作用。二分搜索算法根据色标块的几何特征，借鉴了计算方法中解非线性方程和排序算法中的二分法原理，算法分三步，首先1识别的对象采用网格法，确定种子点，然后再以此种子点用二分搜索算法确定色标块的中心坐标，最后进行区域背景颜色的填充。在足球机器人视觉子系统中，视觉子系统不能够直接识别3.1确定种子点出机器人对象，而只能通过机器人小车顶部的颜色标记，利用本文采用网格搜索法来确

4、定种子点，如图1所示，对所捕这些颜色标识的不同特征来识别每一个机器人。也就是说，视获的图像自上而下，自左而右以一定的步长进行扫描，找出与觉子系统在机器人足球比赛中识别的对象是具有不同形状和目标像素相同的点，作为种子点。网格搜索重点是合理的选择颜色的色标块，而视觉子系统的任务就是利用一定的目标识别步长，如果步长太小，会增加搜索的像素点，导致搜索时间加算法计算色标块的位置信息和颜色信息，并根据色标块的组合长；如果步长太大，可能会漏掉目标色标块；所以步长的选择，方案来确定机器人的位姿信息。本文提出了针对这些不

5、同色标必须使目标色标块至少落在一个网格点上，并尽可能大。如图块形状的目标识别算法，该识别算法主要用来对色标块的定位，对于具体机器人小车的识别，其依赖于具体的色标设计方1给出了方形、等腰直角三角形、圆形、矩形等形状的色标块的案，本文不加以讨论。步长的确定方法。2识别算法分析在足球机器人的视觉识别中，首先，需要准确输出比赛场地中各个机器人和球的位姿信息；其次，要求视频的捕获频率为30～60帧/秒，并完成识别，作出控制决策。因此，识别速度快，而且识别准确的目标识别算法是非常重要的。目标识别算法首先是对色标块中

6、心的确定，确定色标块的中心主要有两种图1网格分割及步长选择示意图作者简介：王科（1983-），男，湖北鄂州人，中国地质大学（武汉）信息工程学院计算机应用专业硕士研究生，研究方向为人工智能；贺巧龙（1982-），男，湖北随州人，中国地质大学（武汉）信息工程学院计算机应用专业硕士研究生，研究方向为人工智能；崔新友（1982-），男，河南商水人，武汉军械士官学校硕士研究生，研究方向为三维地质建模。第7期王科，贺巧龙，崔新友：基于几何特征的足球机器人目标识别算法研究·61·3.2二分法搜索精确定位发点，垂直向上

7、找上边界点A，再垂直找到图像中目标色标块内部一种子点后，就可以从该种子向下找下边界点B，计算A和B的中点出发，向外扩张逐像素点搜索其四个方向上的边界点。由于点O即为所求，如图4所示。本视觉系统采用的颜色模型是RGB颜色模型，在RGB颜色模如果A点、B点坐标分别为（x，型下，同一色标在场地内的颜色信息的变化范围极其广泛，生y1）、（x，y2），则中心点O的坐标（x，y）为：成一个完全的颜色信息表格需要长时间的反复采集填充，且很33x=x33难真正得到可以覆盖所有的信息的颜色库，所以辨识结果常有3y1+y2

8、3y=图4圆形色标块的定位332空洞，如图2所示：33.2.3等腰直角三角形色标块的定位以种子点M1出发搜索色标快的左边界点L1，水平向右搜索其右边界点R1，计算L1和R1的中点M2；以M2为新的出发点，垂直向上找左边界点L2，再以L2为出发点，水平向右找有边界点R2，计算L2和R2的中点M3；重复上述过程，得到一个序列M1-（L1，R1）-M2-（L2，R2）-M3-（L3，R3）-……。由L1，R1距离的有限性，则必图2圆形色标块的辨识