光照變化條件下中型組足球機器人目標(biāo)識別與定位方法研究.pdf

1、機器人足球是一個新興的交叉學(xué)科,涉及智能機器人系統(tǒng)、多智能體系統(tǒng)、實時圖像處理與模式識別、路徑規(guī)劃、機器學(xué)習(xí)等多個領(lǐng)域,為人工智能和機器人學(xué)的發(fā)展提供了一個標(biāo)準(zhǔn)實驗平臺。
　　 中型組機器人足球比賽(Middle Size League)是機器人足球世界杯(Robocup)中的一個重要項目,該項目中機器人完全自主,最具挑戰(zhàn)性。中型組機器人主要通過視覺傳感器對彩色目標(biāo)進行識別和定位,進而完成路徑規(guī)劃、踢球、射門等任務(wù)。而物體的顏色

2、在光照變化的情況下,容易形成較大差異的顏色外觀,這嚴(yán)重影響了目標(biāo)識別的有效性。因此光照問題成為足球機器人視覺中目標(biāo)識別和定位中的瓶頸之一。
　　 本文對光照變化條件下中型組足球機器人目標(biāo)識別與定位方法進行了研究,研究結(jié)果得到了較好的實驗驗證。本文主要進行了如下研究工作:
　　 (1)研究了光源、光照模型、顏色視覺理論和彩色攝像機成像模型,對彩色圖像分割方法、目標(biāo)識別算法和目標(biāo)定位算法進行了總結(jié),分析了中型組足球機器人目標(biāo)

3、識別定位的特點,綜述了在光照變化條件下機器人彩色圖像分割的處理方法、機器人目標(biāo)識別和定位的關(guān)鍵算法,比較了各種算法的優(yōu)點和不足,探討了足球機器人目標(biāo)識別和定位技術(shù)下一步研究的方向。
　　 (2)提出了一種機器人在線光照適應(yīng)的光照處理方法。根據(jù)中型組比賽場地的結(jié)構(gòu)特點,利用一個時間窗口內(nèi)的多幅圖片中的綠色像素的平均亮度分布表示光照,將光照按照明暗程度分類,并在每個光照條件下進行顏色標(biāo)定。利用KL散度作為測度工具來度量各個光照分布之

4、間的關(guān)系,利用一個雙閾值策略實現(xiàn)光照的分類,來確定當(dāng)前光照是屬于已知的光照類別還是未知的光照條件,然后機器人利用對應(yīng)光照下的顏色標(biāo)定結(jié)果進行彩色圖像的分割和目標(biāo)的識別,或者在當(dāng)前光照下重新進行顏色標(biāo)定。實驗結(jié)果證明了該方法的有效性。
　　 (3)提出了一種基于支持向量機和Gabor濾波器的足球機器人近似顏色目標(biāo)識別方法。首先根據(jù)顏色特征和面積、長寬比等簡單形狀特征提取候選目標(biāo),然后將候選目標(biāo)與Gabor濾波器作卷積來提取特征向量

5、,將特征向量輸入支持向量機進行分類,識別出實際的目標(biāo)。實驗表明該種方法具有較好的識別精度,且滿足足球機器人的實時性要求。
　　 (4)對基于全景視覺的全自主足球機器人目標(biāo)定位方法進行了研究,介紹了全自主機器人的視覺系統(tǒng),提出了一種基于分段拉格朗日插值的快速目標(biāo)定位方法。根據(jù)全景視覺的成像特點,本文采用了極坐標(biāo)系來實現(xiàn)目標(biāo)定位。通過標(biāo)定得到全景視覺的拉格朗日插值定位公式,建立距離查找表,將像素半徑與目標(biāo)到機器人的實際場地半徑對應(yīng)起