[發明專利]一種面向運動目標追蹤的視覺系統及其控制方法

無效

• 申請號: 201210166740.3
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102662410A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 苑晶;黃樞子;陳歡;孫鳳池;黃亞樓;鄭杰
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及視覺系統領域，尤其涉及一種面向運動目標追蹤的視覺系統及其控制方法。

背景技術

目前，移動機器人已經逐步走向實用化，尤其是搭載有視覺傳感器的移動機器人，通過采集的圖像可以獲得豐富的外界信息，以輔助其完成跟蹤、識別、建圖以及其他的任務。因為大多數移動機器人的設計原因，移動機器人本體高度不高。所以移動機器人上的視覺傳感器在跟蹤高度不超過機器人本體的目標時效果良好。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足：

由于跟蹤距離以及高度的變化，跟蹤目標可能超出機器人的觀察范圍，在機器人進行跟蹤時會發生丟失跟蹤目標的情況，容易造成跟蹤錯誤。

發明內容

本發明提供了一種面向運動目標追蹤的視覺系統及其控制方法，本發明根據跟蹤距離和高度的變化，實現了視覺系統的高度可調節，擴大了機器人的觀察范圍，減少了丟失被跟蹤目標的情況，詳見下文描述：

一種面向運動目標追蹤的視覺系統，包括：云臺支架，在所述云臺支架上平行設置有滑軌，在所述滑軌的任意位置上設置有平臺，所述平臺上設置有攝像機安裝位，所述攝像機安裝位上設置有攝像機；在所述云臺支架底部設置有步進電機安裝架，所述步進電機安裝架上設置有步進電機；在所述步進電機的軸上設置有驅動輪；所述云臺支架頂部設置有皮帶固定輪；所述皮帶固定輪和所述驅動輪通過皮帶傳動，所述皮帶和所述平臺固定連接，所述攝像機實時采集圖像，并將所述圖像傳輸給車載計算機，所述車載計算機對所述圖像進行處理，獲取所述平臺的運動方向、距離和速度，并將所述運動方向、所述距離和所述速度傳輸給控制電路，所述控制電路將所述運動方向轉換為電壓信號、所述速度轉換為方波信號，所述距離轉換為控制時間，在所述控制時間內將所述電壓信號和所述方波信號傳輸給與所述步進電機相連接的驅動電路，所述驅動電路將所述電壓信號和所述方波信號轉換為驅動信號，通過所述驅動信號控制所述步進電機的轉動。

所述控制電路包括：第一電源接入插口、控制芯片、轉換芯片和串口；

所述串口接收所述車載計算機發送的所述平臺的運動方向、距離和速度，通過所述轉換芯片將轉換后的運動方向、距離和速度傳輸給所述控制芯片，所述控制芯片將所述轉換后的運動方向轉換為電壓信號、速度轉換為方波信號，距離轉換為控制時間，在所述控制時間內將所述電壓信號和所述方波信號傳輸給與所述步進電機相連接的所述驅動電路；所述第一電源接入插口為所述控制芯片和所述轉換芯片提供工作電源。

所述驅動電路包括：第二電源接入插口、驅動芯片和驅動接口；

所述驅動芯片接收所述控制電路發送的所述電壓信號和所述方波信號，將所述電壓信號和所述方波信號轉換為驅動信號，通過所述驅動接口將所述驅動信號傳輸至所述步進電機，通過所述驅動信號控制所述步進電機的轉動；所述第二電源接入插口為所述驅動芯片提供工作電源。

所述方法包括以下步驟：

(1)所述車載計算機在所述圖像上建立圖像坐標系uo₀v和成像平面坐標系xo₁y；

(2)所述車載計算機在所述圖像上識別被跟蹤目標，獲取所述被跟蹤目標的中心(u_t,v_t)，其中，v_k=v_t-v₀，y_k=v_kd_y，v為所述被跟蹤目標在所述圖像坐標系下的偏移量，y為所述被跟蹤目標在所述成像平面坐標系下的偏移量；

(3)所述車載計算機通過所述被跟蹤目標在所述成像平面坐標系下的偏移量y_k獲取所述平臺的運動方向；

(4)所述車載計算機通過所述被跟蹤目標在所述成像平面坐標系下的偏移量y_k、所述攝像機的焦距f和所述攝像機鏡頭到所述被跟蹤目標的距離l獲取所述平臺的運動距離Δh，Δh=yl/f；

(5)所述車載計算機通過連續三次所述被跟蹤目標在所述成像平面坐標系下的偏移量獲取所述平臺的速度v_p；

(6)所述車載計算機將所述平臺的運動方向、所述距離Δh和所述速度v_p傳輸給所述控制電路；

(7)所述控制電路將所述運動方向轉換為所述電壓信號、所述速度v_p轉換為所述方波信號，將所述運動距離Δh轉換為所述控制時間。