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    0 引言

    RoboCup小型組足球機(jī)器人系統(tǒng)包括視覺、決策、無線通訊和機(jī)器人小車等。機(jī)器人在比賽中，視覺系統(tǒng)按所處的位置和作用，分2種模式：①分布式視覺系統(tǒng)，每個(gè)機(jī)器人小車有獨(dú)立的視覺機(jī)構(gòu)，用于目標(biāo)捕捉和自身定位；②集控式視覺系統(tǒng)，所有機(jī)器人小車共用1個(gè)視覺機(jī)構(gòu)，為機(jī)器人小車和目標(biāo)定位。故對(duì)視覺系統(tǒng)以討論。

    1 視覺系統(tǒng)

     1．1 圖像輸入和數(shù)字化
    采用CCD彩色攝像機(jī)和圖像采集卡實(shí)現(xiàn)圖像輸入。用CCD攝像機(jī)采集整個(gè)場(chǎng)地信息，CCD攝像頭的輸出信號(hào)采用電視標(biāo)準(zhǔn)，每幅圖像為1幀，1幀由兩場(chǎng)組成；每場(chǎng)240行；采用隔行掃描方式，輸出信號(hào)有2種制式NTSC和PAL，其中NTSC每秒30幀，PAL為25幀，所以一般采用NTSC。像機(jī)輸出的是模擬信號(hào)，要用計(jì)算機(jī)來處理這些信息須由圖像采集卡來完成信息的轉(zhuǎn)換。
    1．2 圖像預(yù)處理
    機(jī)器人視覺系統(tǒng)中，常用預(yù)處理技術(shù)有：①圖像增強(qiáng)，一般采用直方圖均衡化技術(shù)，以一定的映射關(guān)系修改原始黑種人的像素灰度，產(chǎn)生1個(gè)比原方圖更為平坦的直方圖，對(duì)圖像有明顯增強(qiáng)效果；②圖像的去噪聲處理，即圖像的平滑。一般采用鄰域平均技術(shù)，用鄰點(diǎn)灰度的平均值取代該點(diǎn)的灰度。也可用平滑技術(shù)，即模板技術(shù)；③邊緣增強(qiáng)處理，即圖像的銳化。一般用微分尖銳化處理技術(shù)采用梯度法，使用每個(gè)像素位置的梯度值。除上述幾種預(yù)處理技術(shù)外，考慮到足球機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高，比賽環(huán)境可變，可對(duì)所攝取圖像的容量和質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整，包括圖像調(diào)整和壓縮。在滿足精度的前提下，可采用“場(chǎng)”方式或“TARGET”采集方式，來減小圖像容量，提高采集速度[1]。
    1．3 圖像分割
    在圖像識(shí)別過程中，其顏色信息是主要的識(shí)別依據(jù)，色彩模型的選取對(duì)正確識(shí)別顏色有很大的影響，目前常用的色彩模型有RGB和HIS。RGB模型是線性表示系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是較簡(jiǎn)單、直觀。但實(shí)踐結(jié)果表明，對(duì)同一顏色屬性物體，在不同條件（光照、光源種類、亮度、物體反射特性等）下，其測(cè)得的RGB顏色分布很分散，3個(gè)分量互相關(guān)聯(lián)變化波段很寬，占據(jù)空間比例很大，很難確定識(shí)別RGB的閾值范圍，非常容易把并非指定顏色的物體包括進(jìn)去，而漏掉應(yīng)該識(shí)別的部分物體。
    HSI模型是基于視覺原理的模型，其定義了3個(gè)互不相關(guān)、容易預(yù)測(cè)的顏色屬性：色度（Hue）、飽和度（Saturation）和明亮度（Illumination），其中的色度屬性能較準(zhǔn)確地反映顏色種類，對(duì)外界光照條件的變化敏感程度低。對(duì)同一顏色屬性物體，具有較穩(wěn)定和較窄的數(shù)值變化范圍。飽和度S可作為輔助判斷條件，亮度I一般不作判斷。所以系統(tǒng)采用HIS模型。
    RGB空間到HSI空間的變換公式如下：
 

    通過上述公式，將圖像和各像素的RGB分量值轉(zhuǎn)換到HIS空間，在HIS空間完成圖像分割和圖像識(shí)別的等工作。
    1．4 圖像識(shí)別
圖像識(shí)別采用基于連續(xù)圖像相關(guān)性的順序網(wǎng)絡(luò)和種子填充相結(jié)合的目標(biāo)搜索方法。所謂順序網(wǎng)格，就是將搜索區(qū)域人為地按一定的準(zhǔn)則分割為一定數(shù)量、大小相等的正方形小區(qū)域，并按一定的順序在該小區(qū)域中掃描目標(biāo)，搜索出目標(biāo)物體的大概位置。種子填充是以該點(diǎn)為種子點(diǎn)，以一定的顏色信息為標(biāo)準(zhǔn)向四周擴(kuò)散，直到將滿足要求的所有像素點(diǎn)全部找到[3]。
    通過對(duì)機(jī)器人小車設(shè)計(jì)參數(shù)的分析，可知其最大運(yùn)行速度是1個(gè)確定不變的數(shù)值，即在連續(xù)2幅圖像中，同一輛機(jī)器人小車間的運(yùn)行距離的最大值是恒定不變的。因此考慮利用相鄰2幅圖像間的相關(guān)性，在以前1幅圖像中機(jī)器人小車的位置為掃描中心，以機(jī)器人小車的最大運(yùn)行距離為半徑的區(qū)域內(nèi)搜索目標(biāo)物體，既減少整幅圖像順序網(wǎng)格掃描的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)，同時(shí)由于使用種子填充的方法，在一定的程度上降低了噪聲干擾的影響，從而使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性得到提高。區(qū)域中心處為掃描起始點(diǎn)，箭頭為順序搜索方向，每次搜索的網(wǎng)格大小視色標(biāo)而定。

    2 結(jié)語

    足球機(jī)器人比賽的視覺系統(tǒng)，使用HSI空間模型代替RGB空間模型進(jìn)行圖像處理和目標(biāo)辨識(shí)，以克服RGB空間模型的不足，滿足視覺子系統(tǒng)可靠性要求。采用基于連續(xù)圖像相關(guān)性的順序網(wǎng)格和種子填充相結(jié)合的搜索方法，減少搜索目標(biāo)像素?cái)?shù)量，在一定程度上降低噪聲干擾，提高系統(tǒng)的辨識(shí)速度。