论文摘要
机器人足球比赛近年来在国内外逐步兴起，备受瞩目。本文以RoboCup中型组比赛机器人为研究平台，论述了移动机器人视觉子系统的设计和构建，并成功应用于RoboCup中型组足球机器人的比赛中。视觉子系统是足球机器人系统的分系统之一，在中型组足球比赛中是感知场面信息的主要途径，因此视觉子系统的性能直接影响机器人的各项性能指标。视觉子系统的硬件安装及设备的调试是视觉子系统正常工作的基础，硬件设备导致的缺陷很难通过软件方法加以弥补。所以本文研究了视觉子系统硬件的设计原理，推导出镜面参数与镜面焦点位置和成像分辨率的关系公式，从而为保证成像效果的最佳提供了理论依据。然后，根据这些公式确定了摄像机和全维反射镜的安装方法以及所需要注意的方面。视觉子系统的实现由阈值空间选取、颜色空间分割、物体识别和定位这三个子过程组成，逐步实现对目标物体的识别和定位。由于光照不均匀、光变、目标物体颜色杂质、环境干扰等干扰因素的存在，视觉系统在实现目标定位和运动追踪的过程中存在诸多不确定因素，容易产生误识别。为了保证系统的识别精度，满足准确性和鲁棒性要求，需要它们进行处理和抑制，但同时还必须保证系统的反应速度，以满足实时性要求。本文在研究了这些干扰因素的不同特点后，在阈值空间选取过程中采用噪声点去除的方法减少颜色杂质和光照不均匀带来的影响。在颜色空间分割过程中根据所得色块的面积变化率和色点密度变化率来减少环境干扰和色变的影响，然后根据最新的比赛规则，在原有视觉子系统的基础上添加了对立柱的识别。在物体识别和定位过程中利用物体位置变化和运动变化来最终确定目标物体，并按照规则要求对防撞和一些可能出现的异常情况做了一定的处理。现有的物体定位和位置关系判定方法有很多，本文最后对它们进行了比较和分析，在此基础上结合比赛的实际情况和要求提出了一种快速的目标物体位置关系判定方法。本文在提出算法之后，进行了程序设计和调试，最后通过实验对改进算法进行了验证。实验证明整个系统运行稳定，反应迅速，基本可以满足比赛的实时性和定位精度要求。