基于圖像及體感控制機(jī)器人的目標(biāo)識(shí)別與跟蹤應(yīng)用研究.pdf

1、隨著人機(jī)交互的多元化發(fā)展，利用人體動(dòng)作來控制機(jī)器人可以代替復(fù)雜繁瑣的程序操作控制，簡(jiǎn)單而且靈活，在醫(yī)療、爆破等方面體現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。因此，體感控制機(jī)器人成為人機(jī)交互的一個(gè)發(fā)展方向，機(jī)器人模仿人體動(dòng)作是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Kinect體感設(shè)備可以識(shí)別并跟蹤人體骨骼，為體感控制機(jī)器人提供了研究平臺(tái)，但Kinect并不能識(shí)別人體關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，給體感控制帶來了不便。
　　本文針對(duì)基于Kinect的人體關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)問題進(jìn)行應(yīng)用研究，提出了利用人體佩

2、帶指套的方式，利用圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)指套進(jìn)行識(shí)別跟蹤，計(jì)算指套角度代替人體小臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度，輔助控制機(jī)械臂識(shí)別人體小臂旋轉(zhuǎn)，達(dá)到模擬人體手臂運(yùn)動(dòng)的目的。
　　首先，研究了數(shù)字圖像處理技術(shù)，深入分析了SIFT算法，利用圖像特征匹配的方式識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并利用Kalman預(yù)測(cè)器進(jìn)行目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的預(yù)測(cè)，縮小匹配區(qū)域，優(yōu)化了SIFT算法在圖像識(shí)別的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于Kalman預(yù)測(cè)器和SIFT算法的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。
　　其次，對(duì)于圖像匹配法以及

3、窗口質(zhì)心算法進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)了單目視覺的目標(biāo)圖像識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)。匹配選用待測(cè)目標(biāo)的一張圖像為目標(biāo)模板，遍歷運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行顏色匹配跟蹤，并計(jì)算出匹配區(qū)域中心。以用2-DOF(Degree Of Freedom)載有固定單目攝像頭的機(jī)器人頭為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了紅色運(yùn)動(dòng)小球的識(shí)別追蹤。
　　再其次，研究了基于DTW（Dynamic Time Warping）算法和數(shù)據(jù)手套的手勢(shì)識(shí)別輔助方法及傳感器輔助方法，并與圖像處理輔助方法在識(shí)別效果、實(shí)時(shí)

4、性和穩(wěn)定性等方面做了對(duì)比分析，結(jié)果顯示，基于指套的圖像處理輔助方法具有一定的優(yōu)越性。
　　最后，搭建了自制的4-DOF的機(jī)器人機(jī)械臂，設(shè)計(jì)了基于Kinect的機(jī)器人控制系統(tǒng)并使用Labview軟件編程實(shí)現(xiàn)。人體及手指佩帶的紅色指套從Kinect攝像頭輸入形成預(yù)處理圖，經(jīng)過對(duì)指套的圖像識(shí)別與跟蹤，獲取指套的角度信息。對(duì)從Kinect獲取的人體骨骼三維信息進(jìn)行向量法求解，獲取人體關(guān)節(jié)角度信息。將獲取的指套信息及關(guān)節(jié)角度信息輸入4-DO