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【天富娱乐代理分红】足球机器人实验:全方位视觉图像的自定位方法

有研究提出了一种利用全向摄像机实现足球机器人自定位的方法.基于全向视觉系统的射影几何,可以对原始全向图像中的图像失真进行完全校正,使机器人能够快速地在运动场上定位。首先,利用射影几何将扭曲的全向图像转化为无失真的足球场展开图像。所获得的图像使机器人的序列号识别和自定位更加方便、准确。然后,利用几何不变量构造出未包装图像与运动场模型之间的对应关系。其次,应用同调理论得到机器人的精确定位和定位。仿真和实验结果表明,该方法能够快速、准确地确定足球机器人的位置、方位以及两个目标在运动场上的距离。本文以“Rapid self-localization of robot based on omnidirectional vision technology”为题于10月3日发表于《Machine Vision and Applications》杂志上。

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实验背景

自主机器人研究是一个涉及机械设计、机电一体化控制、环境传感、无线通信和人工智能的跨学科领域。这一领域的发展潜力使其成为最热门的研究课题之一。为了鼓励机器人的发展和进一步的研究,国际机器人足球比赛被作为技术交流和交流的平台。最受欢迎的足球比赛是机器人杯和国际机器人运动协会联合会(FIRA)。为了参加比赛,提高技术水平,十多个国家成立了国家级委员会,负责组织活动和规划发展。这些战略表明,机器人技术的发展已经被看作是国家实力的象征,其未来的发展前景是光明的。

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明川大学参加FIRA机器人足球比赛已有六年多,多年来一直获得第二名。为了提高竞争能力,该研究基于FIRA自主中型机器人(Robot sot League)的标准。开发更快速的定位系统。该研究以明川大学机器人研究中心为背景,以机器人足球比赛为目的,对自主足球机器人系统进行了视觉检测和多机器人策略的研究。它包括机器人自主环境感知、自定位、目标定位等.此外,游戏中还需要无线通信,以实现队友之间的信息共享和机器人协作策略的完成。因为游戏都是自主的,自我定位能力是基础。因此,这项研究的目的是为了实现足球机器人的自我定位.根据机器人足球运动的规律,提出了一种基于全方位视觉图像的自定位方法。

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在机器人足球比赛中,场地围绕着机器人360度,这使得全向相机成为最佳选择。充分观察场场。然而,来自全向相机的图像被严重扭曲很难确定位置和距离。现有的图像失真校正方法近似于二阶多项式曲线.然而,总有一个非固定的偏移,导致超过30厘米的测量结果误差。因此,机器人需要不断地停下来,重新感觉到它的位置,以纠正错误并重新定位到目的地。这大大增加了游戏中运动决策的复杂性,影响了运动的准确性和速度。本研究的目的是提出一种能全面校正全向图像畸变,快速、准确地获取机器人位置和方位的系统。

实验设计于过程

在机器人足球比赛中,机器人不仅需要定位,还需要队友、对手、球门和场线的位置和距离。因此,所采用的算法必须简单、快速、准确。由于全向图像的严重失真,很难直接从图像中确定两个物体之间的绝对欧氏距离。现有的解决方法是采用一阶或二阶多项式曲线的近似修正,或仅考虑有限采样辐射校正。这些方法无法实现绝对距离的计算,从而使定位和运动决策不稳定。研究利用射影几何方法,获得全向相机图像中距离与实际距离的对应关系。结果表明,在不进行空间转换计算的情况下,获得了两个物体的绝对欧氏距离。该方法能快速、准确地给出目标与机器人之间的实际距离。

机器人足球比赛需要一种不完全场线的自定位算法,需要实时获得结果,以快速响应比赛中不断变化的情况。因此,该研究利用全向图像投影几何的特殊原理,为自主机器人开发了一种高精度的自定位算法。该方法利用相对距离代替绝对距离,解决了机器人不能准确定位自身的问题。此外,它还可以实现以下目标:

1.畸变全向图像的完全修正

首先,该方法通过射影几何将严重失真的全向图像完全转化为足球场的展开正交映射。因此,现场识别和机器人定位将更加方便和准确。

2.机器人位置和方位的快速获取

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其次,利用几何不变量的性质来确定展开正交场映射与场模型之间的对应关系。然后应用同调理论确定机器人的精确位置和方位。

3.直接提供与目标的绝对距离

最后,从全向图像上的投影点直接计算机器人与目标的绝对距离。从而减少了目标定位所需的时间,并可实时做出运动决策。

研究提出了一种高效的自定位算法,使现有的中型足球机器人能够同时准确地定位位置。该算法的执行流程图如图所示。

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由于全向图像严重失真,无法提供足够的可识别参考特征,因此很难将全向摄像机的白线与运动场模型的白线直接匹配。因此,本工作将获得所需的三维位置,由于全向摄像机的参数是一致的,因此可以事先计算出相应的关系,使机器人能够快速、稳定地处理图像。然而,全向图像中的像素数远远少于足球场模型图像中所需的像素数,因此采用目标到方法重建足球场模型的图像。

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图为足球场模型的图像。

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解包图像变换

实验结论

经过一系列的实验研究可得,该研究针对FIRA自主中型机器人足球比赛中的应用,提出了一种具有360度视觉全向摄像机的自主机器人高精度自定位算法。实验证明,即使在某些现场信息被其他机器人屏蔽时,机器人仍能以较小的距离误差完成机器人的自定位。

文章链接:http://211.70.148.4:8000/rwt/CNKI/https/NSVX643PPNZHE4LPM7TYELUDN7XB/article/10.1007/s00138-020-01129-7?utm_source=other&utm_medium=other&utm_content=null&utm_campaign=BSCN_4_DD01_CN_CNKI

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