机器人足球比赛系统中视觉子系统的研究与设计

【摘要】：视觉系统是人类最重要的感觉器官,人类所获得的大部分外界信息都来自视觉。随着人类对自然世界的不断探索,人们总希望能够通过某种数字化机器来实现人类视觉的功能,自动地获取外部世界的信息。机器人足球比赛系统中的视觉子系统正是一个基于彩色图像处理的有较高实时性要求的系统,因此,它可以作为以上领域一个非常理想的研究对象。 机器人足球比赛系统是典型的多智能体系统。国际机器人足球联合会(FIRA)微型组机器人足球比赛(Mirosot)是目前开展得最为广泛的机器人足球比赛之一,参加这项比赛的机器人足球系统包括视觉、决策、无线通信和足球机器人等4个子系统。它涉及了计算机视觉、图像工程、多智能体理论、机器人运动控制、无线通信、微机电系统、电气传动等研究领域,是上述领域的集成。 本论文主要研究Mirosot系统中的视觉子系统。视觉子系统对彩色图像目标进行实时识别和跟踪,实现机器人的视觉传感功能。由于彩色图像的信息量大,它比黑白图像目标的识别和跟踪问题具有更大的挑战性。本课题得到了国家863计划项目“足球机器人的研制”(512-9935-08)、“小型组机器人足球关键技术研究”(2001AA422270)和广东省科技攻关项目“多智能体系统实验平台、仿真系统及应用”(2KM00502G)的资助。 本论文的研究内容包括:(1)介绍了MiroSot的4个子系统的功能、结构,给出了视觉子系统的软硬件设计方案;(2)讨论了颜色感知和图像分割的基本原理和方法,分析足球机器人视觉系统的特点和要求,给出了彩色图像的基本处理原则和方法;(3)分析了影响机器人色标及小球成像的因素,介绍了一种基于RGB阈值的彩色图像分割方法(4)分析了机器人足球比赛的特点,给出了一种基于小波变换的快速目标识别方法。 机器人足球比赛所涉及的相关技术具有广泛的应用前景,为人工智能及机器人学的研究者提供了交流的机会,加速了相关技术的发展,具有很好的科技普及作用。