移动机器人实时色视觉系统.pdfVIP

移动机器人实时彩色视觉系统* 摘 要 机器人的应用已经越来越广泛 移动机器人是机器人技术实用 化 普及化的生力军 移动机器人在实际应用中首先遇到的就是机 器人本身与环境的交互问题 之后才能完成特定的控制任务 交互 主要是通过视觉 触觉 距离等传感器实现 其中视觉传感器能够 获得最大量的环境信息 因此对移动机器人来说 一个实时性强 高效而又鲁棒的彩色视觉系统是不可或缺的重要部分和完成控制任 务的重要前提 在过去的研究中 人们针对不同的机器人系统和环境提出了 一些基于视觉的目标识别和跟踪方法 不少文献都宣称获得了较好 的效果 但是 事实上一种视觉系统对目标的跟踪情况的好坏是和 构成该视觉系统的软硬件条件和环境密切相关的 目前采用的一些 方法不但在实时性和鲁棒性方面不能令人满意 而且系统的通用性 不好 只能适用于某种特定的环境下 在对基本的图像处理和目标 识别算法进行深入地分析之后 本论文提出设计实用有效的移动机 器人视觉系统需要满足以下原则 ÿ 视觉系统的环境适应性即鲁棒性要强 这是由移动机器人工 作环境的高度动态性所决定的 环境中的诸多因素 包括光 线条件的变化 目标表面颜色和粗糙度等等都会对采集的图 1 像产生影响 ÿ 视觉系统的实时性要高 这就必须减小图像处理过程的计算 量 因为机器人系统不仅要处理传感器的信息 还要根据环 境信息进行决策 如果视觉系统实时性差 势必导致机器人 反应慢 不能很好地完成动态环境中的控制任务 另外 由于彩色图像要比同样大小的二值或灰度图像数据处理量大 得多 因此要提高实时性 必须减小运算量 ÿ 视觉系统成本要低 基于以上的原则 本论文提出了一种硬件成本低廉 基于色彩 学习的移动机器人多目标实时彩色视觉跟踪系统 提出了新颖的目 标颜色学习和跟踪算法 一方面 采用两个彩色摄像机组合以模拟 一个广角视觉摄像机 扩大了机器人的视野范围 另一方面 采用 简单的颜色学习方法 极大地提高了对环境的适应性和系统的鲁棒 性 最后 将二值图像处理中的游程长度编码技术扩展至彩色图像 处理的实践中 将二维图像处理的常规方法转换为一维 使机器人 系统的实时性大大提高 我们将该视觉系统成功集成在交大自行研制的中型全自主移动 机器人上 并分别针对非结构环境和结构环境设计了两个基于视觉 的机器人控制实验 足球机器人守门员控制实验和移动机器人线跟 踪导航实验 这两个实验也验证了该视觉系统的实时性和鲁棒性 2 关键词 移动机器人 彩色视觉 色块算法 目标跟踪 实时 *基金项目 国家863 计划 2001AA422140 2001AA422200 3 与国家自然科学基金 资助项目 REAL-TIME COLOR VISION SYSTEM FOR AUTONOMOUS ROBOT ABSTRACT Robot is playing an increasingly important role in people’s life. Mobile robot is doing a good job in the popularization of robotics. The first thing the robot faces in practical environment is the interaction between the robot and the environment. For the robot, a