多目标实时搜索的足球机器人视觉系统设计——Robocup系列研究之五

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1、仪器仪表装置文章编号：!""!#$$%%&’""%("’#""’$#"%多目标实时搜索的足球机器人视觉系统设计——!"#"$%&系列研究之五朱璐，李永新，陈盛，孙刚，李尚荣（中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥!"##!$）摘要：针对机器人足球比赛的需要)基于对多目标的实时跟踪搜索，提出一种在精度、稳定性、实用性等方面都符合要求的足球机器人视觉系统设计方案。关键词：机器人；足球机器人；视觉系统；实时跟踪搜索中图分类号：!"#$%文献标志码：&!"#"$%&’#()*+)#",%-$.&$//).0$1$(23#)4$%56

2、7("8$19)/(#0)378("*)&)3./:;<=,-./0，/12345*674，8-9:;<=45，;.:>?45，/1;1#(.3/(?P?H=K34D0NC7#3QR=GCH@=?N#C7D=C@?GS745H=?@G<，?L7H734HJHC=D7HK=H754=K

3、E3@@3Q3CH3GG=@G3DB=C7C734，T<7G

4、强广泛的关注，成为迅速崛起的一门技术。对于小型度为X""Y!"""N06。比赛时，摄像头连续采集比赛足球机器人系统，通常由%个子系统构成，即实时场景图像信息并加以处理，将所需数据传给决策程多目标搜索的视觉子系统、基于人工智能的决策子序使用，这些数据主要包括双方机器人和球的位系统、通信与控制系统、机器人小车系统。其中视觉置、速度，本队机器人的号码、方向、角速度。系统需要实时地识别出比赛场景中的多个目标，是按照比赛规则，比赛双方分别使用黄色或蓝整个系统中主要的信息来源，因此设计一个精确稳色，!Z%"DD的圆形色标作为球队的标志固定在机定

5、的视觉系统，将对整个足球机器人系统起到很重器人顶部。比赛用球为橙色的高尔夫球，直径约要的作用。%ODD。规则还允许各队自行设计其他颜色的色标，收稿日期：’""%*"!*"+自动化与仪表!""#$!%!"仪器仪表装置用于识别本队机器人的方向和号码。因此，视觉系角形。这样，通过在同一条直线上的(个色标!，#，(统需要识别的目标主要包括标识机器人身份的色的位置可以确定机器人的方向角。其位置与方向精标和球。度可达亚像素级，同时，每个辅助色标有&种颜色摄像头采集到的图像的坐标为图像坐标系，首供选用，则最多可以确定)个不同的机器人，满足先需要进

6、行摄像机的定标，得到图像坐标系向世界了比赛时对机器人号码识别的要求。坐标系转化的投影矩阵。然后对图像进行分割，找出需要识别的目标颜色块，再进行目标的识别，得到各颜色块的坐标，进一步求得决策程序所需要的机器人和球的中心坐标。对于运动中的机器人和球，需要实时地进行跟踪搜索，视觉系统整体框架如图!示。图#机器人顶部色标$摄像头定标图像中各点的位置与实际空间中对应点的位置有关，但并不完全相同。它们之间的相互关系由摄像机成像的几何模型决定，该模型的参数即摄像机参数。决策程序所需要的是在世界坐标系中的信息，因此，必须通过试验对摄像机进行定标，求

7、出图像坐标系与世界坐标系之间的转换矩阵。通过几何关系的简化，通常可以用线性模型来定标。选取如图(示场地中由比赛规则精确定位的&&个点作为特征点，对摄像机进行定标。图!视觉系统框架"色标设计对于对方的机器人，通过其顶部中心的队标可以识别出其位置。每两帧图像间隔固定为"#$%（即&’侦图像每%），可认为这段时间内机器人做匀速运动，因此通过!"#$%便可求得机器人和球的速度。对于本队的机器人，不仅要识别其位置和速度，还要识别其号码、方向和角速度，这样，除了中心的队标外，还需要一些辅助色标。图"比赛场地及选取的特征点采用图&所示的色标作为本

8、队机器人的标志，摄像机使用广角镜头，图像边缘会产生较大的(个色标与中心的队标等距，构成一个等腰直角三径向畸变，需要通过求畸变系数进一步校正。!"!"#$%&#’$()*(+#,"%-(#&#’$(.//0!."仪器仪表装置两个目标的颜