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1、本科生毕业论文（设计）题 目: RoboCup中型组机器人 全维视觉预处理算法设计及实现 姓 名: 学 院: 工学院 专 业: 农业电气化与自动化 班 级: 电气41 学 号: 指导教师: 职称: 副教授 2008 年 6 月10 日目 录摘要1关键词1ABSTRACT1KEY WORDS11.1 ROBOCUP简介21.2 ROBOCUP中型组规则概述21.3 软硬件平台介绍31.3.1 实验平台简介31.3.2 ROBOCUP中型组机器人介绍42 问题的提出52.1 机器人视觉系统处理过程52.2 存在的问题62.3 提出的解决方案63 算法的实现73.1 原始图像的采样73.1.1 BM
2、P图像格式的介绍73.1.2 BMP格式文件存储的的C+实现83.2 RGB图像空间与HSI图像空间的关系93.2.1 RGB图像介绍93.2.2 HSI彩色空间介绍93.3 对图像的初步分析103.3.1 图像的无效区域分析103.3.2 几个相关坐标系的说明及分析103.3.3 图像无效区域的特征分析123.4 算法的C+实现153.4.1 实现框图153.4.2 主要代码153.4.3 将算法导入主程序154 结果分析165 发展与展望16致谢17参考文献18附录一19附录二201RoboCup中型组机器人全维视觉预处理算法设计及实现农业电气化与自动化学生 指导老师 摘要：足球机器人的视
3、觉系统是整个足球机器人比赛的关键，通过视觉系统，能够识别出球、球门等特征以及机器人的色标，确定本方机器人、对方机器人以及球的位置和角度，从而为比赛决策提供信息。本文主要设计了一个对RoboCup中型组机器人的全维视觉的预处理算法。先采集全维视觉的全景图像，分析该全景图像，找到将要影响诸如点球，避障等一系列后续工作的无效区域，通过MATLAB分析该无效区域特征，设计了一种全向视觉预处理算法，去除无效区域的干扰，以提高机器人对目标标定的精度。实验结果表明，经改进后的视觉系统对目标标定的精确性得以很大改善。关键词: RoboCup中型组机器人；全维视觉；RGB空间；图像处理 The Design A
4、nd Realization on Omni-directional Vision Preprocessing Algorithm of RoboCup Medium-sized RobotsStudent majoring in agricultural electrification and automation Chen QiaoshunTutor Ding YongqianAbstract: Soccer Robot Omni-directional Vision System is the key to the robot soccer competition. Through th
5、e Omni-directional Vision system, the robot can identify the ball, the goal and also the color code of the participated robots, the position and the angle of the ball, so that it can provide lots information in decision-making during the competition. the preprocessing algorithm is designed for RoboC
6、up Medium-sized Robots Omni-directional Vision. After collecting the panoramic picture, some idle areas like avoiding obstacles in the subsequent process is found by analyzing the picture. Then on the basis of analyzing the characteristics of these idle areas by MATLAB, Ive designed the preprocessin
7、g algorithm and wiped off the interferences of the idle areas. In this case, it can improve the accuracy of Robots Aim-fixing. And verified by the experiment, the improved vision system has increased the accuracy of the robots aim-fixing.Key words: RoboCup Medium-sized Robots; Omni-directional Visio
8、n; RGB space;Image processing 1 研究背景机器人是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。中国工程院前院长曾指出:“机器人学的进步和应用是21世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化”。机器人技术综合了多门学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域不断扩大，引起了国内外学者的高度重视。1.1 RoboCup简介RoboCup的原意为机器人世界杯（Robot World Cup）。1997年正式成立，总部设在日本东京，正式注册瑞士伯尔尼。RoboCup自1997
9、年起每年举办一次机器人足球世界杯赛(The Robot World Cup)。RoboCup是一个通过提供足球比赛这样一个标准问题来促进人工智能、机器人以及相关领域的研究而建立的国际组织。1997年，首届RoboCup比赛及会议在日本的名古屋举行，为实现2050年机器人足球队击败人类足球世界冠军的梦想迈出了坚实的第一步。 以后每年举办一届。1998年在法国巴黎，1999年在瑞典斯德哥尔摩，2000年在澳大利亚墨尔本，2001年在美国西雅图，2002年在日本福冈，2003年在意大利帕多瓦，2004年在葡萄牙里斯本，2005年在日本福冈，2006年在德国的不来梅，2007年在美国的亚特兰大举行。2
10、008年将在中国的苏州举办，这是首次在中国举行的机器人足球世界杯。我国在机器人足球方面的研究虽然起步比较晚，但己经取得了比较显着的成果。我国有许多高校正在致力于这方面的研究工作，其中成绩比较突出的有清华大学，中国科技大学，哈尔滨工业大学，国防科技大学和华南理工大学等高校。1.2 RoboCup中型组规则概述RoboCup中型组当前的比赛规则允许每支球队最多6个直径不超过50cm的中型机器人在18米12米的场地上使用橙色足球进行比赛。所有的传感器都由机器人自身携带，机器人能使用无线网络与队友、场外Coach机进行通讯。除了机器人上下场外，不允许人类对比赛进行额外的干预。因此机器人是全分布式的和全
11、自主的，机器人需要能够完全自主的通过传感器信息完成目标识别和自定位，决定自身采取的动作，控制电机和其它执行机构以完成比赛。每场比赛分成两个15分钟的半场。比赛过程由人类裁判控制，裁判具有绝对的权威贯彻比赛规则的执行。同时有一个助理裁判负责操作裁判盒程序，根据主裁判的判罚发出相应的指令如比赛开始、暂停、开球、任意球等给比赛双方球队的场外Coach机，场外Coach机再将指令通过无线网络发送给场上比赛的机器人。 根据当前的规则，RoboCup中型组比赛环境是高度颜色编码化的，因此场上各种目标可以通过它们独有的颜色信息来识别。但是从今年在苏州举行的RoboCup 2008开始，规则上将会有一些重大的
12、变化。如有颜色的球门将会被替换成白色的球网，有颜色的立柱被取消等。同时RoboCup中型组还有进一步修改规则的计划，如允许机器人色标和车体使用任意颜色，比赛用球改为任意FIFA足球，机器人根据裁判哨音和手势进行比赛等。比赛规则如下： 规则一 比赛场地如图【1】RoboCup中型组的场地表面必须是绿色的。场地上方悬挂人造光源。场地上的灯光亮度在300勒克斯到1200勒克斯之间。场内测得的光亮最强点和光亮最弱点之差必须小于300勒克斯.场地的长度: 最小 8米,最大16米；宽度: 最小6米，最大12米。图【1】规则二 比赛所用球官方比赛用球是任意橙色国际足联标准尺寸5号球，球漆成橙色。规则三 比赛
13、队员装备每个机器人队员尺寸必须符合下列约束：1. 如果机器人外形在地板上投影须符合下列尺寸：最小30cm 30cm，最大50cm 50cm，每个机器人必须拥有各自的配置和执行装置，2. 如果机器人外形在地板投影超过60cm 60cm，并非所有机器人需要自己的配置和执行机构。大部分的比赛时间，机器人外形必须在50cm 50cm范围内，特别是在场内移动的时候。只有在射门或者带球的才可延伸至60cm 60cm限制内。3. 机器人必须不低于40厘米，不高于80厘米。4. 机器人主要部分颜色必须是黑色的。为了减少反射，油漆或者使用的材料必须是不光滑的。 1.3 软硬件平台介绍 本文中，我们采用VC+.n
14、et对RTC2006平台进行二次开发，控制RobotCup中型足球机器人。1.3.1 实验平台简介 我们采用的软件平台是由华南理工大学的按照RobotCup中型足球机器人比赛标准开发的RTC2006。运用该平台能直接参加RTC2006足球机器人中型组比赛，用户也可以在此平台上用VC+.net进行二次开发。RTC2006采用Windows XP Professional操作系统，需要摄像头驱动程序和IPM运动控制板的动态链接库TML_lib.dll、全向视觉动态库visiondll.dll、模糊控制动态库control.dll。推荐运行在PC CPU 800MHz以上、内存256M以上的硬件环境上。 运行于RTC2006上的程序从结构上可分为4个主要模块：视觉模块、决策模块、控制模块和网络通讯模块。除RTC2006程序外，还有一个监控程序（Monitor）用于远程控制和查看个机器人信息。RTC2006运行在机器人的笔记本电脑中，负责机器人的视觉、决策、控制和通信：Monitor运行在场外的计算机里，可同时监控多台机器人，并可以从裁判盒接受裁
