1 前言

計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)是目前人工智能研究最重要的工具, 也是自主足球機(jī)器人的主要研究?jī)?nèi)容之一。
其內(nèi)容包括根據(jù)一幅或多幅視平面圖像計(jì)算出視點(diǎn)到目標(biāo)物體的距離、目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、以及目標(biāo)物體的表面特性等。比賽時(shí)球場(chǎng)及一些規(guī)劃線的距離及相對(duì)位置是固定的, 而機(jī)器人和足球則不停地運(yùn)動(dòng), 具有自主功能的足球機(jī)器人如何根據(jù)自帶的微型攝像拍攝的圖像進(jìn)行分析, 得到有關(guān)參數(shù)是控制和決策成功的關(guān)鍵。在引入了計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)后, 該問題就變成了根據(jù)視平面上某些參考點(diǎn)的坐標(biāo), 通過分析已知條件, 建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型, 求出空間平面足球場(chǎng)所在的平面上運(yùn)動(dòng)點(diǎn)足球
及機(jī)器人的坐標(biāo)參數(shù)。

2?空間坐標(biāo)系

2.1 空間坐標(biāo)的幾何關(guān)系

在左手系的三維笛卡爾坐標(biāo)系中, 取 OXYZ 為成正實(shí)像的投影變換坐標(biāo)系, 即將視平面的位置與光心(空間坐標(biāo)系的原點(diǎn))的位置對(duì)調(diào)。得到空間坐標(biāo)系如圖1所示：

?視平面上點(diǎn)P（x,y)與空間對(duì)應(yīng)的點(diǎn)P（x,y,z)之間的關(guān)系 如下：

；

?其中 f 為攝像機(jī)光心到視平面之間的距離, 通常為一己知定值。如果空間的點(diǎn)P（x,y,z)所在的平
面的方程為,其中, 為平面的斜率, r為光心沿z軸到空間平面的距離。則點(diǎn)
P（x,y,z)與視平面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系滿足下式:

根據(jù)式2, 只要知道空間平面方程中三個(gè)參數(shù)p,q,r; 那么該平面上點(diǎn)的坐標(biāo)就可根據(jù)其在視平面上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)計(jì)算出來。在足球比賽時(shí), 機(jī)器人的攝像機(jī)(視平面)存在平移和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng),位置經(jīng)常發(fā)生變化, 參數(shù)p,q,r 無法直接求出來。但可以根據(jù)空間平面上的已知點(diǎn)運(yùn)用本文提出的算法間接地加以求出。

2.2 固定參考點(diǎn)的選取及相對(duì)位置

在球場(chǎng)平面上任取四個(gè)不共線且位置固定的點(diǎn), 根據(jù)它們之間的相對(duì)位置計(jì)算空間平面的參數(shù)。為了計(jì)算方便一可選取的4個(gè)點(diǎn)為一矩形(如小禁區(qū))的四個(gè)頂點(diǎn), 如圖2所示的,,和。

?如果選不到這4個(gè)點(diǎn)（如機(jī)器人攝像機(jī)不是對(duì)著球門區(qū)附近）則可選另外4個(gè)點(diǎn), 只要這它們之間的相對(duì)位置確定, 就可用平面幾何的方法求出它們之間的距離和夾角, 此時(shí)4個(gè)向量的矢量積不為0, 具體計(jì)算可參考文獻(xiàn)5〔。有關(guān)參數(shù)見表1和表2。

?在實(shí)際應(yīng)用中可選取多組參考點(diǎn), 通過離線計(jì)算制成表格, 然后由CPU采用查表的方法獲得。

?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于计算机视觉原理的自主足球机器人位置计算的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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