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球形目标无畸变全向视觉硬件系统设计

作　者: 王晶
导　师: 李祖枢
学　校: 重庆大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 机器人视觉 全向视觉 球形目标 全向反射镜面 单视点
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


全向视觉是机器人视觉、模式识别的研究热点。全向视觉具有观察范围广、感知信息丰富的特点,与传统的单视角摄像机相比,更适合足球机器人对环境观测的需求,已经逐渐成为机器人感知外界环境的重要手段。本文以全自主中型足球机器人为研究平台,主要完成了球形目标无畸变全向视觉硬件系统的设计,包括球形目标无畸变全向反射面及外部参数可调的支架的设计。主要内容包括:首先,本文以机器人足球竞赛为研究背景,说明课题研究的重要意义。分析了全向视觉传感器的国内外研究现状、发展和应用,简要介绍课题研究的主要内容。其次,以RoboCup中型组足球机器人为研究平台,在深入研究折反射全向视觉传感器的成像原理模型及各种常用反射镜面特点的基础上,根据RoboCup中型组比赛规则变化的趋势,提出了球形目标无畸变的全向反射面的设计方法。该方法通过控制球形目标的成像形变,不必考虑目标物颜色特征,就能够较好的将其在颜色相近的目标物中识别出来,摆脱了以往全向反射面仅依靠颜色标志来区分目标物的特点,有效的满足了比赛要求。第三,在全向反射面的设计基础上,设计了外部参数可调的支架系统。对比国内外常用支架系统的外部结构,分析传统支架的优缺点,给出外部参数可调支架的设计要求。支架的可调可以使视觉系统更加灵活,调整更加方便,在更换摄像机或者反射面的时候不需要更换整个支架,从而降低维护成本,节约时间。最后给出了全向视觉硬件系统的仿真及实际效果,实际结果表明所设计的全向视觉硬件系统大大改进了原有的视觉系统,且具有目标可控、精度高、稳定可靠的特点,可有效的应用于实际比赛中。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景和意义  8-10
    1.1.1 机器人足球发展及意义  8-9
    1.1.2 国内机器人足球竞赛研究现状  9-10
  1.2 研究对象及国内外研究现状  10-12
  1.3 课题研究的主要内容及论文组织结构  12-14
2 RoboCup 中型组足球机器人的全向视觉系统  14-32
  2.1 RoboCup 中型足球机器人研究内容及其系统构成  14-17
    2.1.1 中型足球机器人研究内容  14-15
    2.1.2 中型足球机器人子系统的构成  15-17
  2.2 全向视觉传感器的构成方法  17-20
  2.3 全向视觉传感器成像原理  20-24
    2.3.1 全向视觉成像系统类型  20-22
    2.3.2 折反射全向视觉成像原理  22-24
  2.4 折反射全向视觉镜面类型  24-32
    2.4.1 锥形反射面  24-25
    2.4.2 球形反射面和椭球形反射面  25-27
    2.4.3 抛物线反射面  27
    2.4.4 双曲线反射面  27-28
    2.4.5 水平等比反射面  28-30
    2.4.6 垂直等比反射面  30-32
3 球形目标无畸变的全向反射镜面设计  32-51
  3.1 基于RoboCup 中型组比赛环境下的全向视觉分析  32-34
    3.1.1 RoboCup 中型组比赛环境简介  32-33
    3.1.2 比赛环境对全向视觉系统的设计要求  33-34
  3.2 全向反射面面型选择  34-35
  3.3 球形目标成像可控原理  35-43
    3.3.1 单视点下的双曲反射镜面模型  36-37
    3.3.2 球形目标可控原理  37-40
    3.3.3 径向长度和切向长度与全向视觉传感器参数之间关系的推导  40-43
  3.4 控制球形目标形变的全向视觉传感器参数分析  43
  3.5 基于遗传算法的全向反射镜面参数优化  43-49
    3.5.1 改进遗传算法介绍  43-48
    3.5.2 参数优化过程  48-49
  3.6 反射面镜加工  49-51
4 外部参数可调支架的设计  51-56
  4.1 现有支架概述  51-53
  4.2 支架的设计要求  53-54
  4.3 支架的设计与加工效果  54-56
5 仿真与实际效果  56-62
  5.1 全向视觉球形目标成像仿真效果  56-58
  5.2 实际成像效果  58-62
6 结论与展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录：作者在攻读学位期间发表的论文目录  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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