移动机器人实时彩色视觉系统

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1、上海交通大学硕士学位论文移动机器人实时彩色视觉系统姓名：汤思维申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：陈卫东2003.1.1*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

2、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Ø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Ø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

3、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Ø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

4、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2001AA4221402001AA4222003与国家自然科学基金60105005资助项目REAL-TIMECOLORVISIONSYSTEMFORAUTONOMOUSROBOTABSTRACTRobotisplayinganincreasinglyimportantroleinpeople’slife.Mobilerobo

5、tisdoingagoodjobinthepopularizationofrobotics.Thefirstthingtherobotfacesinpracticalenvironmentistheinteractionbetweentherobotandtheenvironment.Fortherobot,areal-time,efficientandrobustvisionsystemisofgreatimportanceforthecontroloftherobotbecausethevisionsensorscanobtainmostoftheinformationaboutthe

6、environment.Inthepast,manyobject-recognitionandtrackmethodshavebeenproposed.Bundlesofarticlesappearinthisareaandmostofthemannounceasatisfactoryresult.While,theperformanceofthetrackingalgorithmofarobotvisionsystemlinkscloselywiththespecificationofthesystemitselfandtheenvironment.Wecanfindthatthever

7、satilityofsomevisionsystemsisnotasgoodaspeoplehaveexpected.Afterathoroughinvestigationonthealgorithmsofimageprocessingandtheobject-recognitionproblemitself,wethinkthedesignofasatisfactoryandpracticalrobotvisionsy