RoboCup足球机器人全景视觉定位研究

【摘要】：随着科技的高速发展，机器人足球比赛已成为全世界各高校和高科技组织用来培养机器人控制、人工智能等相关领域人才的高科技活动。足球机器人的研究课题非常广泛，包括：机器人的外形设计，视觉设计，运动控制，无线通讯，攻防策略以及团队配合等诸多课题。机器人的发展是人类科技史上最伟大的进步，足球机器人的出现为人工智能相关领域提出了更大的挑战。 本文的研究工作是基于自带双叶双曲面镜的全景视觉系统的机器人定位问题。针对RoboCup中型组新规则的提出，去掉了一部分明显的球场标志信息，一些传统的定位算法已经无法满足机器人在球场上的运行需求，本文了提出一种基于全景图像局部特征检测的定位算法。该算法的主要思想是：通过机器人全景摄像机获得全景图像，首先在该全景图像中手动提取球场中4个禁区线相交的模板图像，机器人在比赛时通过设计好的模板匹配算法匹配出到目前获得的全景图像中与手动提取的模板相同的区域，减小搜索范围；再在匹配好的模板内进行角点检测，这样就可以放弃绝大部分区域的计算，提高算法的实时性；根据Hough的思想，将模板内所有角点连接成两条直线，利用欧式距离公式计算出离两条直线交点最近的角点，并定义为最佳定位角点；最后将机器人坐标系下所观测到的最佳定位角点转换到世界坐标系下，实现定位。由于全景图像存在一定的畸变，第四章主要是对摄像机以及曲面反射镜进行参数标定，最后校正全景图像的径向畸变，使机器人观测到的定位角点无论在任何位置都有一个准确的实际距离与之对应。 通过仿真和试验数据表明，本文设计的定位算法速度快，定位准确，不存在累计误差，鲁棒性高，完全适合RoboCup中型组新规则下机器人的定位。