機(jī)器人乒乓球的快速識(shí)別與跟蹤研究.pdf

1、飛行物的識(shí)別與跟蹤在國(guó)防、航空航天、工業(yè)與服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域均具有重大的研究?jī)r(jià)值與應(yīng)用價(jià)值，其中涉及到的實(shí)時(shí)視覺感知技術(shù)也是機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。本文以乒乓球機(jī)器人為研究平臺(tái)，以飛速運(yùn)動(dòng)的乒乓球?yàn)檠芯繉?duì)象，重點(diǎn)開展乒乓球機(jī)器人高速實(shí)時(shí)視覺技術(shù)的研究。在總結(jié)前人系統(tǒng)與技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文的
　　主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　1、從攝像機(jī)的選型、立體視覺方案的選擇與高速采集方案的設(shè)計(jì)三個(gè)方面詳細(xì)介紹了高速彩色雙目立體視覺系統(tǒng)搭建的過程。從輸出信號(hào)

2、、輸出接口與相機(jī)芯片三個(gè)不同的方面進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)由CMOS感光芯片制作的USB3.0工業(yè)相機(jī)更具有優(yōu)勢(shì)。然后從性價(jià)比方面考量了多家廠商的不同型號(hào)的工業(yè)相機(jī)，最終選擇Balser公司的aca1920-155uc型號(hào)的工業(yè)相機(jī)。通過對(duì)比單目、雙目與多目視覺系統(tǒng)，雙目視覺系統(tǒng)在此場(chǎng)景中是最優(yōu)的選擇。在分析通用采集方案的基礎(chǔ)上，對(duì)原有采集方案進(jìn)行改進(jìn)，得到一種可以滿足實(shí)時(shí)性與同步性要求的高速采集方案。最終搭建的系統(tǒng)視野范圍覆蓋整個(gè)乒乓球桌，可以

3、實(shí)現(xiàn)對(duì)高速飛行的乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡的高速采集。
　　2、在雙目視覺系統(tǒng)標(biāo)定方面，根據(jù)張正友平面標(biāo)定原理，結(jié)合Matlab標(biāo)定工具箱，分別對(duì)左右攝像機(jī)的焦距、主點(diǎn)構(gòu)成的內(nèi)參數(shù)和旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣構(gòu)成的外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。此方法降低了標(biāo)定誤差，提高了檢測(cè)精度，完全滿足雙目立體視覺系統(tǒng)的需求。
　　3、詳細(xì)介紹了平行雙目視覺模型、三角測(cè)距與立體校正Bouguet算法，在此基礎(chǔ)上描述了目標(biāo)深度信息的計(jì)算過程。
　　4、根據(jù)乒乓球的固有

4、特點(diǎn)與乒乓球運(yùn)動(dòng)背景不變的特點(diǎn)，通過對(duì)比基于顏色的分割算法、幀差法與背景減除法，發(fā)現(xiàn)背景減除法作為目標(biāo)區(qū)域初次分割算法表現(xiàn)最佳。為了提高檢測(cè)精度，對(duì)初次分割的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行開閉運(yùn)算和Canny算子邊緣檢測(cè)操作。根據(jù)乒乓球固有的特征，采用隨機(jī)霍夫圓變換對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行識(shí)別，得到目標(biāo)中心位置。為了提高跟蹤的實(shí)時(shí)性，提出了基于上一幀目標(biāo)局部區(qū)域搜索算法。最終實(shí)現(xiàn)了高速飛行的乒乓球三維位置空間的實(shí)時(shí)檢測(cè)與跟蹤。
　　最后，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提出