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基於加速強健特徵影像辨識演算法之物件追隨機器人設計與實現 基於加速強健特徵影像辨識演算法之物件追隨機器人設計 與實現 李重穎 黃渤珽 許陳鑑 王偉彥 電機工程學系 國立臺灣師範大學 摘要 本論文提出一移動機器人自主追隨演算 法，透過一網路攝影機即可使移動機器人追隨目 標物移動 ，有別於其他追隨演算法須依賴價格昂貴的高精度距離感測器，如雷射測距儀 。此 方法係基於加速強健 特徵影像 辨識演算法從攝影機影像中提取特徵點 以識別目標物，控制器 再透過目標物的影像中心點與影像面積比例調整輪速，進而達到自主追隨之功能，實驗結果 顯示本論文提出之自主追隨演算法可使移動機器人即時追隨目標物。 關鍵字 : 加速強健 特徵、物件追蹤 、移動機器人 1.緒論 全景攝影機[9] 、PTZ 攝影機[10] 、雙鏡頭攝 影機 [10]和 CCD 攝影機[12] 。雖然雷射測 在機器人學領域中，機器人的物件追蹤 距儀雖然擁有相當精準的特性 [2]-[8] ，但是 功能是一重要議題，其功能可應用於服務產 其造價昂貴，因此，在本篇論文中，我們提 業，例如嬰兒車、購物車以及輪椅等，此類 出使用攝影機為此追蹤 系統的感測器以降 輪型移動平台可搭配感測追隨系統，使移動 低成本 ；在[9]中，作者使用 全景影像在畫面 平台能緊緊跟隨購物者、父母或看護而不需 中辨識目標物之後， 此系統使用雷射測距儀 外力去推動，避免嬰兒車與病患遠離父母和 的距離資訊來判斷目標物與機器人之距離； 看護者的視線範圍，進而降低照護風險，尤 在其他使用攝影機之論文[10]-[12]中， [10], 其在現今全球正面臨的高齡化社會，扶養比 [11]使用顏色直方圖之演算法無法處理仿射 例的失調，照護人力非常缺乏，此類輔助科 情況，雖然[12]使用影像二值化並搭配輪廓 技可減輕相關人員的負擔，促進提高生活品 處理演算法亦可達到機器人追蹤之實現，但 質。 是當影像畫面中出現與目標物箱相似之顏 關於追隨機器人，因為機器人的移動方 色區塊時，二值化無法過濾相似顏色之影像， 向與速度取決於機器人與目標物的距離相 導致輪廓處理結果影響該演算法產生錯誤 對關係，所以在機器人平台上，必須使用感 的距離資訊，而控制系統接收判斷錯誤的距 測裝置才能達到識別目標和距離方位的偵 離資訊之後，移動平台無法正確地追隨目標 測 。在[1]中已提出相關的技術與方法，作者 物。 將發光裝置 (light emitting devices) 安置在 關於影像辨識演算法之選擇， 必須考慮 目標物上使機器人可更輕易地透過攝影機 攝影機在各個環境中的影響。當 機器人尋找 追蹤到目標物，除此之外，其他相關論文提 目標物時 ，在機器人的影像畫面中，目標物 出各種 不同的感測器來獲得機器人追隨目 的背景與光線強度會 不斷地變化，因此具有 標物所需的資訊，包含雷射測距儀[2]-[8] 、 強健性的影像辨識演算法是必須的 。在[13] 論文之中，作者 Yilmaz 等人探討各式物件 77 龍華科技大學學報第三十七期 ,2016.12 追蹤演算法，屬於點偵測子 (Point Detector) 機器人可以透過幾何形狀在影像中的面積 的影像辨識演算法是非常適合的方法，因為 與位置變化量來估測目標物的運動狀態 ，再 此類偵測方法對於亮度與相機視角的改變 使用控制器控制移動機器人的輪速，以維持 具有不變性