RoboCup中型组机器人全景视觉硬件研究及设计

论文摘要

机器人足球比赛的目的是通过一个友好的比赛平台来推动机器人技术的发展和多智能体的研究。足球机器人的设计综合了机械、电子、控制、模式识别、图像处理和人工智能等多个领域。足球机器人系统必须具有高度的实时性和准确度。机器人视觉系统作为环境信息的重要输入环节,其性能的优劣将直接影响到整套机器人系统功能的好坏。全景视觉观察范围比较大,具有360度的视角,所以在机器人足球竞赛中也很受重视。本文以地面移动机器人为研究平台,结合RoboCup中型组比赛的实际应用为课题背景,对机器人全景视觉的全向反射镜进行研究。机器人比赛的目标任务就是尽可能地往对方球门进球,同时,避免对方队员向我方球门进球。因此本文的设计主要是针对球这个目标物体,传统的反射镜面会造成球的全景图像存在径向形变,对识别造成了困难,本文提出了一种全新的设计方法,达到了球径向形变较小的目标。本文首先对全景视觉的构成方式介绍,阐述了涉及全景视觉的一些相关光学知识,并在此基础上对全景视觉成像模型进行了深入的探讨。随后本文对适合实际需要的几种全景视觉的反射镜面进行了成像模拟,分析了球的径向形变的问题。在此基础上,本文提出了一种基于球的无形变的全景反射镜面的设计方法。并对此方法进行成像模拟,还进行了实际的加工制作。最后给出的全景图像,证明了依据该方法设计的全景镜面达到了使球径向形变较小的目标。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.1.1 机器人足球发展及意义
• 1.1.2 国内机器人足球竞赛现状
• 1.1.3 RoboCup中型足球机器人所研究的内容及其系统构成
• 1.2 全景视觉技术介绍
• 1.2.1 全景视觉的构成方法
• 1.2.2 全景视觉国内外研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 2 全景视觉系统成像
• 2.1 全景视觉成像模型
• 2.2 单视点全景视觉系统成像
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 模型推导
• 2.2.3 平面反射镜
• 2.2.4 圆锥面反射镜
• 2.2.5 球面反射镜
• 2.2.6 椭球面反射镜
• 2.2.7 双曲面反射镜
• 2.2.8 抛物面反射镜
• 2.3 非单视点全景视觉系统成像
• 2.3.1 水平场景无畸变全景成像
• 2.3.2 垂直场景无畸变全景成像
• 3 基于球的全景图像形变的仿真及其分析
• 3.1 反射镜面的选择
• 3.2 基于RoboCup中型组比赛环境的全景视觉分析
• 3.2.1 RoboCup中型组比赛环境简介
• 3.2.2 RoboCup中型组比赛对视觉系统的要求
• 3.3 全景视觉水平场景的仿真
• 3.3.1 仿真原理
• 3.3.2 双曲反射面的水平场景仿真
• 3.3.3 锥形反射面的水平场景仿真
• 3.3.4 水平无畸变反射面的水平场景仿真
• 4 基于球无形变的反射镜面设计
• 4.1 问题的提出
• 4.2 反射镜设计
• 4.2.1 设计基础
• 4.2.2 设计过程
• 4.3 实验及其分析
• 4.3.1 实验设计
• 4.3.2 结果分析
• 5 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录: A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录