[發明專利]一種基于局部特征的多機器人檢測與跟蹤方法

在審

• 申請號: 201710665626.8
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107564037A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 蘇文丹;聞成;蘇為洲;盧潔瑩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/277
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域，具體涉及一種基于局部特征的多機器人檢測與跟蹤方法。

背景技術

視覺是人們在日常生活中獲取信息最重要的方式之一。根據有關的統計表明，人們所感知的外界信息大概有80％以上是通過視覺獲得的。計算機視覺是仿照人類生物的視覺，首先利用攝像頭等傳感器設備來獲得周圍環境的影像，接著對得到的視覺圖像進行分析和加工，比如分析、存儲、表示、壓縮等，進而實現人類生物視覺所具有的“看”的功能。所以，計算機視覺是使用計算機及相關設備對生物視覺的一種模擬。

計算機視覺技術采用生物的視覺原理，依靠圖像傳感器設備采集圖像，這些設備可以替代人類的眼睛，而分析和處理采集的圖像需要依靠計算機來完成，這就相當于人類大腦的工作，計算機視覺技術可以分析處理周圍環境的三維世界，作為一門交叉性學科，它涉及到圖像處理、模式識別、計算機軟硬件技術、生物醫學、神經科學等多門學科。

隨著計算機硬件以及多媒體技術的發展，計算機視覺逐漸成為目前信息科學技術中最活躍的研究領域之一。高性能計算機以及高質量的視頻攝像機等硬件設備的出現，使得自動化、高效率的視頻監控以及分析成為迫切需要。

近年來，自主機器人技術研究得到快速發展，它在工業軍事等領域中的也得到了非常廣泛的應用，并且機器人研究慢慢發展成了一門學科一一機器人學。機器人學主要研究機器人的理論設計制造和應用。近年來，機器人學吸引了越來越多的人的目光，但是它又有非常強的專業性和系統性。機器人學的研究內容非常豐富、廣泛，其中專業性比較強的有機器人動力學和運動學、機器人定位和運動規劃、機器人的傳感技術、機器人任務規劃等。其中機器人的定位和路徑規劃是實現機器人自主運動的關鍵技術。

要實現基于圖像的機器人定位和路徑規劃，機器人的檢測與跟蹤是其主要內容。機器人的檢測與跟蹤相對于一般的智能監控技術，在實時性和精度上有更高的要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于局部特征的多機器人檢測與跟蹤方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于局部特征的多機器人檢測與跟蹤方法，所述的檢測與跟蹤方法包括下列步驟：

S1、選擇局部特征，將機器人最上面的感知層中的LED燈泡作為局部特征；

S2、圖像預處理，拍攝彩色圖像并對圖像進行去燥濾波；

S3、特征提取，根據LED燈泡的顏色，提取特征；

S4、模式識別，判斷當前提取的特征是否為機器人的特征，并進行刷選，若是機器人特征，則進入步驟S5，否則，舍棄當前特征；

S5、提取特征的質心即中心點，降低特征維數，作為后續跟蹤和計算世界坐標的一維特征；

S6、卡爾曼濾波算法跟蹤、濾波，利用卡爾曼濾波算法的最小均方誤差為估計的最佳準則，實現相鄰幀間機器人的跟蹤，同時，利用卡爾曼濾波算法的最優估計值來對測量的數據進行濾波；

S7、計算世界坐標，得出機器人在三維空間的位置信息。

進一步地，所述的LED燈泡位于機器人的上方，無論機器人位置，都能保證LED燈泡始終出現在圖像上；所述的LED燈泡位于機器人的中心位置，LED燈泡的世界坐標即為機器人的世界坐標；所述的LED燈泡為球形，無論機器人位置與航向，始終在圖像中為一個圓形，且圓心即球心。

進一步地，所述的LED燈泡的顏色可以是完全相同、完全不同、或者部分相同而部分不同，其中，不同顏色的LED燈泡通過顏色來區分，相同顏色的LED燈泡通過位置來區分。

進一步地，所述的檢測與跟蹤方法采用檢測跟蹤互反饋機制，檢測的結果作為Kalman濾波跟蹤的條件與依據，跟蹤得到的結果用于縮小檢測的范圍，從而提高系統的實時性。

本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：

(1)傳統的檢測算法都是基于整體的，檢測誤差較大，尤其在不規則物體的檢測時，不同位置和航向檢測到的面都會不同，在進行三維重建、獲取世界坐標時誤差比較大，且不同位置，不同航向的誤差都不同。

基于此，采用基于局部特征的檢測方法，選擇機器人感知層中的LED燈泡作為檢測的特征。其優點在于：

1)LED燈泡位于機器人的上方，無論機器人位置，都能保證LED燈泡始終出現在圖像上；

2)LED燈泡位于機器人的中心位置，LED燈泡的世界坐標即為機器人的世界坐標；

3)LED燈泡為球形，無論機器人位置與航向，始終在圖像中為一個圓形，且圓心即球心。