光照變化條件下中型組足球機器人目標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、機器學習等多個領域,為人工智能和機器人學的發(fā)展提供了一個標準實驗平臺。
　　 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進行識別和定位,進而完成路徑規(guī)劃、踢球、射門等任務。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,這嚴重影響了目標識別的有效性。因此光照問題成為足球機器人視覺中目標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識別與定位方法進行了研究,研究結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、目標識別算法和目標定位算法進行了總結,分析了中型組足球機器人目標

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、機器人目標識別和定位的關鍵算法,比較了各種算法的優(yōu)點和不足,探討了足球機器人目標識別和定位技術下一步研究的方向。
　　 (2)提出了一種機器人在線光照適應的光照處理方法。根據中型組比賽場地的結構特點,利用一個時間窗口內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、間的關系,利用一個雙閾值策略實現光照的分類,來確定當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光照下的顏色標定結果進行彩色圖像的分割和目標的識別,或者在當前光照下重新進行顏色標定。實驗結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識別方法。首先根據顏色特征和面積、長寬比等簡單形狀特征提取候選目標,然后將候選目標與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。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定位方法。根據全景視覺的成像特點,本文采用了極坐標系來實現目標定位。通過標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,將像素半徑與目標到機器人的實際場地半徑對應起