一種足球機器人投影識別算法的製作方法

2023-04-22 19:26:36

專利名稱：一種足球機器人投影識別算法的製作方法
技術領域：
本發明屬於圖像處理領域，具體涉及一種足球機器人投影識別算法。
背景技術：
足球機器人比賽是由國際機器人足球聯合會(筒稱FIRA)組織安排的世界 杯賽事，從96年開始每年一屆，已在包括中國北京在內的世界多個著名城市舉 辦過，已逐漸成為高技術產業的研究熱點之一，受到世界各國的重視。足球機 器人系統主要分為硬體、傳感(視覺)、通信、控制和上位機系統，研究的熱點 主要是足球機器人視覺研究、決策規劃研究、硬體平臺研究、通訊研究等。視 頻採集模塊用來實現在Windows環境下，通過採集卡和CCD攝像頭來獲取視頻信 息，以用來進行視頻處理，其主要工作是快速識別敵我雙方的6個機器人和1個 小球，通過採集卡獲得的圖像信息，直接存放在內存中，不通過文件，其它程 序可以直接進行數據處理。圖像的大小依採集卡的性能而定。圖像的尺寸以CCD 的最大採集圖像尺寸的為基準，可以設置三個檔次最大尺寸，最大尺寸的1/2， 最大尺寸的1/4。視頻處理和識別模塊主要包括基本信息設置、視頻環境因素控 制、視頻觸發時機控制、顏色處理和視頻跟蹤識別等。顏色是人的視覺系統對 所接受到的光信號產生的一種感覺，不同波長的光信號帶給人不同的顏色感受。 在足球機器人視覺識別系統中，由於彩色圖象信息比較突出，充分利用顏色信 息的特性對視頻數據較易識別和處理，因此在識別過程中主要利用它們的顏色 信息。機器人色標的設計多種多樣，隊員的圖案亦不盡相同，但顏色種類有一 定的規定， 一種可能的顏色選^^如表所示。表l 顏色信息表
編號
類別
顏色值
備註
1 場地
2 場地中網才各線的 顏色
3 足球顏色
4 參賽球隊的隊標 顏色
5 隊員標誌顏色
深綠色 白色
橘紅色 黃色或藍色
自定，不能與隊標 禾n場i也相同
參賽球 隊的隊標顏 色限為黃色 和藍色兩種， 才艮據雙方選 擇而定，貼於 才幾器人的頂 部。
在對目標識別和跟蹤方面，目前的識別方法識別速度一直是制約足球機器 人j言息處理系統反應時間的主要因素，中國專利CN200510027280. 6 7>開了一種 足球機器人視覺快速識別方法，這種方法在機器人目標識別過程中，首先以球 和機器人球隊色標為目標，以上一幀圖像的已有點為起點以矩形螺旋方式搜素， 搜索到機器人隊標後，再以隊標為中心搜索機器人號碼和方向色標；該方法的 缺陷是有時螺旋搜索的運算時間較長，並且若出現誤識別或跟蹤信息丟失，將 成倍加大搜索時間。

發明內容
針對現有足球機器人目標識別方法的缺陷，本發明提出 一種快速視頻識別 算法，該算法利用區域投影方法捕獲每秒不低於30幀的目標圖像數據，機器人 的大小可由系統設置輸入，如可為75 x 75 x 75鵬，在圖象中為正方形，此種 情況下的正方形的邊長為75鵬。具體實現方法是首先4巴比賽場地分成了若干 區域，在這些區域內搜索一個內部點，然後以此點為起點沿垂直或水平方向在 目標區域搜索，計算該點的投影值，根據這些投影值識別出目標的一個頂點(或
5小球的球心)，進而識別出目標；最後，提取出運動目標的位置和方向；所述算
法可直接應用於實際比賽，能快速準確地識別目標，可滿足不同應用場合、不
同功能的足球機器人比賽系統。本發明的算法步驟為 第一步，尋找種子點
由於運動目標的區別標誌是顏色，在存儲的顏色鍊表中選取目標顏色值(球 或機器人)，根據閾值範圍，在圖像中查找此類顏色區域，找出種子點。
在比賽過程中，種子點的選取除了要根據先前位置判斷下一步的可能出現 的區域外，還要根據幀間圖像相似性的特點，由上一幀甚至上幾幀圖像的具體 位置，預測目標可能出現的位置。預測完成後，根據預測結論，在預測區域， 以區域中心為中心，以機器人正方形內切圓的直徑為邊長作為搜索區域，並在 此區域中根據此顏色閾值範圍搜索種子點，若搜索成功，返回種子點。
若失敗，此搜索區域外，以同樣大小搜索區域組成8個8-鄰域區域，並根 據閾值範圍依次搜索沒有搜索的區域，遞歸上述算法，即可求出種子點。
第二步，目標位置確定
找到了種子點，利用投影法就可以求得正方形的一個頂點的坐標值，那麼， 利用它的邊長信息及顏色信息(機器人的顏色應是非背景色非球色)可以求得其 他頂點的坐標值以及機器人色標，從而識別出機器人的位置信息和隊員特徵。
第三步，目標速度和運動方向
利用隊員顏色中心與正方形中心的角度可以得出我方機器人的方向角，根 據前幾幀圖像的判斷結果，可計算出機器人的速度、方向和未來走向等信息。本發明所涉及的目標識別算法可直接應用於實際比賽，能快速準確地識別 目標。
以下結合附圖和具體實施方式
進一 步說明本發明。

圖1為本發明的首幀圖像視頻跟蹤流程圖。
圖2為本發明的由種子點求機器人左邊界交點搜索流程圖。
圖3為本發明的機器人定位過程示意圖。
具體實施例方式
參閱圖1所示，本發明所述的投影識別算法的首幀機器人圖像視頻跟蹤子
模塊首先按掃描行尋找非背景色或非橘紅色，找到後求出種子點P;由點P用投
影法求機器人正方形的一個頂點；由此頂點用投影法求機器人正方形的其他四
個頂點及其中心；計算並判別機器人的類別和方向等信息；最終輸出我方三位
機器人隊員的位置和方向信息。
參閱圖2所示，本圖描述了本發明所述的求機器人正方形頂點過程中的搜
索左邊界交點子模塊，目標是尋找當前掃描行與機器人的左邊界交點。依據搜
索步長b(b〉二l),向左搜索，判斷當前點的顏色值。對於同一個機器人，其顏
色值進行了歸一化處理，即認為在這個機器人所含的正方形區域內，把顏色值
看作1;而不在區域內的點，均可以把其顏色值看作O;若顏色值為1,則向Y
軸做投影，繼續搜索；否則，依據判別條件輸出邊界點。
計算投影的步驟為1) 從當前點向上作y軸投影，投影最大距離為^邊長倍；
2) 計算投影值的方法是自當前點向上搜索，若顏色值為1，此點仍是內部 點，累加l,反之，若顏色值為0，說明到了外部，停止搜索，保存累加值。搜 索終止條件是向上搜索的投影距離。有了類似終止條件，就能很好地處理幾個 機器人疊在一起的情況。
3) 向左搜索並計算投影，在向左搜索過程中，投影值是遞減或遞增的，這 說明程序正在正方形內部正常搜索，若當前點顏色值為0，搜索步長退回前一步。 判斷前一步的這個當前點，若顏色值不為零，更改搜索步長為1，繼續向左搜索， 此時，距離邊界點L只有一步之遙了，搜索到0值後，即找到了邊界交點L,它 就是搜索路徑上的前一個點。
參閱圖3所示，本圖描述了本發明所述的求機器人正方形頂點的搜索算法。 從邊界點L,按指定步長b向上(或向下)搜索，搜索的最大長度為邊長的V^倍 (若有同類機器人重疊情況，不至於進入非識別物內部太遠)，直至顏色值為O， 表示已到另一邊界。若向上搜索的開始一步(或可能幾步，此時主要區分機器 人粘連情況)顏色值為O,表示可能已出界，要搜索的頂點一定在下面，應向下 搜索，這裡假設向上搜索。在從下到上的搜索過程中，每向上移動一步，有下 面兩個步驟
1) 檢查當前點顏色值，判斷是否結束。
2) 從當前點向左作投影距離為V /2邊長的橫向投影，累加投影值。
最後判斷並確認投影值從小變大後，又從大變小的分界線，此分界線上最 左的顏色值為1的點即為頂點S。
本發明所述的目標投影識別算法具有計算量少、圖像處理速度快和易於實現等優點，可直接應用於實際比賽，能快速準確地識別目標，可滿足不同應用 場合、不同功能的足球機器人比賽系統。
權利要求
1、一種足球機器人投影識別算法，其步驟是首先把比賽圖像的場地分成了若干區域，通過按行掃描視頻圖像，在這些區域內搜索一個種子點，然後以此點為起點沿垂直或水平方向在目標區域搜索，計算該點的投影值，根據投影值識別出目標的一個頂點(或小球的球心)，進而識別出足球機器人正方形的所有的頂點；最後，提取出運動目標的位置和方向。
2、 根據權力要求1所述的足球機器人投影識別算法，其特徵是所述種子 點的選取除了要根據先前位置判斷下 一 步的可能出現的區域外，還要根據幀間 圖像相似性的特點，由上一幀甚至上幾幀圖像的具體位置，預測目標可能出現 的位置；預測完成後，根據預測結論，在預測區域，以區域中心為中心，以機 器人正方形內切圓的直徑為邊長作為搜索區域，並在此區域中根據此顏色閾值 範圍搜索種子點。
3、 根據權力要求1所述的足球機器人投影識別算法，其特徵是所述圖像 內某點投影的計算步驟是1) 從當前點向上作y軸投影，投影最大距離為^邊長倍；2) 對於同一個機器人，其顏色值進行歸一化處理，即認為在這個機器人所 含的正方形區域內，把顏色值看作1;而不在區域內的點，均可以把其顏色值看 作0;3) 計算投影值的方法是自當前點向上搜索，若顏色值為l且此點仍是內部 點，累力口l，反之，若顏色值為0，說明到了外部，停止搜索，保存累加值。
4、 根據權力要求1所述的足球機器人投影識別算法，其特徵是所述根據 投影值識別目標的一個頂點的方法是為首先從種子點出發，向左搜索，尋找 掃描行與機器人的左邊界交點，然後依據此左邊界交點，最後搜索並獲得機器人的一個頂點。
5、 根據權力要求1所述的足球機器人投影識別算法，其特徵是所述足球 機器人的四個頂點和方向可由已得到的一個頂點、足J求才幾器人的邊長和顏色信 息通過計算獲得。
6、 根據權力要求1所述的足球機器人投影識別算法，其特徵是所述足球 機器人的速度和未來走向可根據前幾幀圖像的位置信息計算獲得。
7、 根據權力要求4所述的足球機器人投影識別算法，其特徵是所述尋找 掃描行與機器人的左邊界交點時，向左搜索並計算投影，若在向左搜索過程中， 投影值是遞減或遞增的，這說明程序正在正方形內部正常搜索，若當前點顏色 值為0，搜索步長退回前一步；判斷前一步的這個當前點，若顏色值不為零，更 改搜索步長為l,繼續向左搜索，搜索到0值後，即找到了邊界交點L,它就是 搜索^各徑上的前一個點。
8、 根據權力要求4所述的足球機器人投影識別算法，其特徵是所述搜索 機器人一個頂點的過程中，從邊界點按指定步長向上(或向下)搜索，搜索的最大長度為邊長的^倍，直至顏色值為0,表示已到另一邊界；若向上搜索的 開始一步(或可能幾步，此時主要區分機器人粘連情況)顏色值為0,表示可能 已出界，要搜索的頂點一定在下面，應向下搜索；這裡假設向上搜索。在從下 到上的搜索過程中，每向上移動一步，有下面兩個步驟1) 檢查當前點顏色值，判斷是否結束；2) 從當前點向左作投影距離為V^/2邊長的橫向投影，累加投影值；最後判斷並確認投影值從小變大後，又從大變小的分界線，此分界線上最左 的顏色值為1的點即為頂點S。
全文摘要
本發明涉及一種足球機器人投影識別算法，該算法與其他方法相比有計算量少、圖像處理速度快和易於實現等優點。具體實現方法是首先把比賽圖像的場地分成了若干區域，在這些視頻圖像區域內搜索一個種子點，然後以此點為起點沿垂直或水平方向在目標區域搜索，計算該點的投影值，根據這些投影值識別出目標的一個頂點(或小球的球心)，進而識別出目標；最後，提取出運動目標的位置和方向；所述算法可直接應用於實際比賽，能快速準確地識別目標，可滿足不同應用場合、不同功能的足球機器人比賽系統。
文檔編號G06K9/62GK101540001SQ20091013715
公開日2009年9月23日 申請日期2009年5月4日 優先權日2009年5月4日
發明者王金鶴 申請人:青島理工大學