视觉足球机器人近距离趋近技术制造技术

本发明专利技术主要解决了高度较低的视觉足球机器人在近距离情况下对足球位置的判断问题，本发明专利技术要求摄像头安装在足球机器人侧面，摄像头主光轴与机器人主体横截面(圆形或类圆形)的一条直径共线且平行于地面。本发明专利技术要求机器人视觉系统不再以足球整体或局部颜色作为跟踪定位目标，而是捕捉摄像头图像中的水平中线与足球轮廓圆形边缘的交叉点，并以此作为特征追踪点予以锁定和追踪趋近。在趋近中足球机器人不断调整方向，使得追踪点被保持在图像画面的正中位置附近，直至触碰发生。本发明专利技术能够简便有效的完成对足球位置的连续判断和定位，有助于足球位置识别的速度和准确度。

Near range approach technology of vision soccer robot

The invention mainly solves the problem of high low vision soccer robot in near distance judgment about the location of a football under the condition, the invention requires camera mounted on the side of the camera optical axis and robot soccer robot, the cross-section of the body (round or oval) a diameter of collinear and parallel to the ground. The present invention requires the robot vision system is no longer in football as a whole or local color as the tracking target, but to capture the horizontal midline crossing point and outline football round the edge of the camera image, and as a feature tracking point to locate and track approach. In the approach, the soccer robot constantly adjusts the direction so that the tracking point is kept near the center of the image screen until the touch occurs. The invention can conveniently and effectively complete the continuous judgment and positioning of the football position, and is helpful to the speed and accuracy of the football position identification.

【技术实现步骤摘要】
视觉足球机器人近距离趋近技术
本专利技术涉及一种足球机器人近距离趋近技术，属于机器人领域。
技术介绍
足球机器人在趋近足球的过程中，需要对足球位置进行判断。普通视觉足球机器人主要是通过两种方式检测足球方位。1、通过场外视觉摄像头，同时测量足球和足球机器人的位置，通过运算，向足球机器人发射指令，完成趋近任务；2、在体积较大，高度较高的足球机器人顶部安装全景图像采集摄像头，完成对足球位置的判断，并据此驱动机器人进行移动，趋近机器人。然而当足球机器人的高度较低时，将无法将摄像头的位置安置在高处。此情况下，对足球位置的判断将遇到盲区。只有在距离足球位置较远，足球形状能够完整出现在图像画面中时，才能对足球的位置进行有效的判断。当距离足球位置较近时，足球将占据整个画面，无法有效判断摄像头前方物体是否是足球，只能切换成颜色识别模式继续进行判断。然而当足球与图像采集装置继续靠近时，足球对镜头的光线遮挡也将妨碍对颜色的准确判断。此时，往往需要借助其他传感器(如红外)进行辅助判断，或者进行算法上的处理，进行镜头前障碍物距离的连续性估算，推测镜头前的障碍物是否为足球。这些方法极大降低了对足球位置判断的速度和准确性。
技术实现思路
本专利技术主要解决了高度较低的视觉足球机器人在近距离情况下对足球位置的判断问题，能够简便有效的完成对足球位置的连续判断和定位，有助于足球位置识别的速度和准确度。本专利技术要求摄像头安装在足球机器人侧面，摄像头主光轴与与机器人主体横截面(圆形或类圆形)的一条直径共线且平行于地面。借此设定，摄像头采集的图像中的水平中线将对应现实环境中恒定的高度，并且此恒定高度等于摄像头主光轴高度。本专利技术要求机器人视觉系统不再以足球整体或局部颜色作为跟踪定位目标，而是捕捉摄像头图像中的水平中线与足球轮廓圆形边缘的交叉点，并以此作为特征追踪点予以锁定和追踪趋近。在趋近中足球机器人不断调整方向，使得追踪点被保持在图像画面的正中位置附近，直至触碰发生。本技术考虑并利用以下两个特性：1、足球为球体，在任何角度的投影都是圆形，所以不论足球机器人与足球的相对位置如何，足球摄像头所采集到的足球影相都将呈正圆形，都会有前文所述的交叉点(特征追踪点)存在，并且这一特征点容易被捕捉；2、在实践中，足球机器人的横截面积大致相当或大于足球的横截面积。这样，当足球机器人摄像头边缘无限接近足球切点边缘时，足球机器人主体与足球之间的触碰将已经发生。本专利技术的技术优点在于：可以在任何时候都可以捕捉到所需的特征追踪点，并且可以持续锁定跟踪直至趋近触碰。在此过程中，足球机器人无需其他传感器，也无需切换算法通过对足球的其他性状(例如颜色，花纹等等)进行推断。有效减少判断时间，提高反应速度，增加判断的准确性，并为主控芯片节约运算资源。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例。图1和图2分别表示原有技术下，趋近方式的侧视图和俯视图。其中，1、足球球体；2、足球机器人主体；3、足球机器人内嵌摄像头；4、虚线框内代表近距离时摄像头取景视野；6、摄像头光线主轴方向。图3，图4和图5分别表示本专利技术提出的趋近技术下，趋近方式的侧视图(图3)，俯视图(图4)以及触碰时俯视图(图5)。其中，1、足球球体；2、足球机器人主体；3、足球机器人内嵌摄像头；4、虚线框内代表近距离时摄像头取景视野；5、摄像头取景视野的水平中线；6、摄像头光线主轴方向；7、球体投影轮廓边缘与取景水平中线的交叉点；8、机器人与球体触碰点。具体实施方式下面将对本专利技术实施中的设计方案进行清楚，完整地描述。参阅图3，机器人视觉采集系统中镜头的主光轴需要与地面平行，摄像头主光轴6与机器人主体横截面(圆形或类圆形)的一条直径共线。借此设定，摄像头采集的图像中的水平中线5将对应现实环境中恒定的高度，并且此恒定高度等于摄像头主光轴高度。同时，由于主光轴6与直径共线，通过机体横截面中心，则沿主光轴前进或后退将直接引领机器人整体2的前进或后退。本专利技术不采用普通的视觉追踪技术(图2)。在普通的视觉追踪技术中，机器人靠近足球时，取景框4内将呈现连续的足球1表面，需要更换其他视觉识别策略或用其他传感器继续对球的位置进行追踪。本专利技术要求视觉追踪点不放在球体上，而是持续锁定足球边缘(图3)，捕捉特征点为采集图像水平中线5与图像中足球轮廓圆形边缘的交叉点7，并持续锁定交叉点7和追踪趋近。本专利技术要求在趋近中足球机器人不断调整机体2方向，使得追踪点7被保持在图像画面4的中间位置附近，直至触碰8(图5)发生。在趋近过程中，可以选择两种趋近方式：1、持续趋近交叉点7，由于机器人2的横截面积与足球1横截面积大致相等或略大于足球1。在镜头3持续趋近交叉点7的过程中，会提前产生碰撞8(图5)；2、或可根据交叉点7附近的球体轮廓曲率推算球心位置，向主光轴6的侧向移动进行趋近。方式1比方式2更节省运算资源，反应速度更块，但移动略有距离增长。方式2比方式1的趋近方式移动距离更短，但需要增加主控芯片的运算量，而且对球心判断取决于球体轮廓曲率的计算，有一定误差。本专利技术可以搭配多摄像同协同使用，使得更容易捕捉到特征追踪点7。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种足球机器人近距离趋近技术，其特征在于通过与地面平行以及与机体横截面直径共线的摄像头设定，使得采集图像中的水平中线与地面平行。在追踪特征点选择中，以摄像头图像中的水平中线与足球轮廓圆形边缘的交叉点作为特征追踪点予以锁定和追踪趋近。在趋近中足球机器人不断调整方向，使得追踪点被保持在图像画面的正中位置附近，直至触碰发生。

【技术特征摘要】
1.一种足球机器人近距离趋近技术，其特征在于通过与地面平行以及与机体横截面直径共线的摄像头设定，使得采集图像中的水平中线与地面平行。在追踪特征点选择中，以摄像头图像中的水平中线与足球轮廓圆形边缘的交叉点作为特征追踪点予以锁定和追踪趋近。在趋近中足球机器人不断调整方向，使得追踪点被保持在图像画面的正中位置附近，直至触碰发生。2.根据权利要求1所述的足球机器人趋近技术，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐阳，
申请(专利权)人：深圳前海万动体育智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44