[發(fā)明專利]一種基于卡爾曼濾波軌跡預(yù)測(cè)的能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010549137.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN111985296A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷國(guó)棟;柏碩;盧彥博;莊偉超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/32;G06K9/46;G06K9/62;G06T7/277
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

本發(fā)明涉及一種基于卡爾曼濾波軌跡預(yù)測(cè)的能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法，利用幾何約束集遍歷輪廓?jiǎng)h除偽裝甲板，采用模板匹配方法對(duì)能量機(jī)關(guān)扇葉進(jìn)行識(shí)別；接著建立了基于卡爾曼濾波的能量機(jī)關(guān)軌跡預(yù)測(cè)模型，采用卡爾曼濾波預(yù)測(cè)和更新能量機(jī)關(guān)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，完成了能量機(jī)關(guān)的定位和預(yù)測(cè)；最后建立子彈拋物模型對(duì)云臺(tái)角度進(jìn)行補(bǔ)償，獲得云臺(tái)橫擺角和俯仰角；本發(fā)明不僅提高了查找能量機(jī)關(guān)輪廓的準(zhǔn)確率，而且能夠完成能量機(jī)關(guān)的準(zhǔn)確定位與預(yù)測(cè)，解決了裝甲誤識(shí)別率高、魯棒性差以及云臺(tái)運(yùn)動(dòng)滯后等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于卡爾曼濾波軌跡預(yù)測(cè)的能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法，屬于視覺(jué)算法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

全國(guó)大學(xué)生機(jī)器人大賽Robomaster機(jī)甲大師賽是全球性的射擊對(duì)抗類機(jī)器人比賽，作為全球性的機(jī)器人競(jìng)技平臺(tái)，每年受到來(lái)自全球數(shù)百所高等院校、近千家高新科技企業(yè)以及數(shù)以萬(wàn)計(jì)的科技愛(ài)好者關(guān)注。多兵種自動(dòng)機(jī)器人涵蓋了定位導(dǎo)航、決策規(guī)劃、目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)等多學(xué)科交叉知識(shí)，圖像處理作為人類感知世界的視覺(jué)基礎(chǔ)，在無(wú)人駕駛、車牌識(shí)別、數(shù)字識(shí)別等領(lǐng)域有著很多應(yīng)用。目前參賽隊(duì)伍的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路控制已經(jīng)基本成熟，智能化的視覺(jué)算法成為新的發(fā)展方向，裝甲板自瞄、能量機(jī)關(guān)識(shí)別等視覺(jué)識(shí)別輔助功能對(duì)比賽進(jìn)程有著至關(guān)重要的影響，目標(biāo)命中準(zhǔn)確率、能量機(jī)關(guān)激活速度已經(jīng)成為了制約比賽獲勝的關(guān)鍵因素。

傳統(tǒng)的能量機(jī)關(guān)圖像識(shí)別算法在圖像預(yù)處理時(shí)，由于箭頭之間有空隙，直接進(jìn)行輪廓查找時(shí)不能得到整個(gè)輪廓，能量機(jī)關(guān)的箭頭非連續(xù)性導(dǎo)致圖像二值圖容易出現(xiàn)小洞，導(dǎo)致形態(tài)學(xué)不閉合，干擾輪廓的查找；在進(jìn)行能量機(jī)關(guān)的裝甲板識(shí)別時(shí)，容易出現(xiàn)偽裝甲板，增加了裝甲板的誤識(shí)別率。另外，由于實(shí)際云臺(tái)的固有延遲不能忽略，子彈空中飛行時(shí)間也需要考慮，傳統(tǒng)的能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法未對(duì)云臺(tái)角度做預(yù)測(cè)，導(dǎo)致云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)控制總是滯后于能量機(jī)關(guān)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，擊打成功率較低。目前，能量機(jī)關(guān)軌跡預(yù)測(cè)模型主要是通過(guò)記錄多個(gè)裝甲板點(diǎn)獲得擬合圓的圓心，建立裝甲板運(yùn)動(dòng)在三維空間的圓的方程，將打擊點(diǎn)圍繞圓心旋轉(zhuǎn)固定角度得到預(yù)測(cè)打擊點(diǎn)；然而該能量機(jī)關(guān)軌跡預(yù)測(cè)模型對(duì)于打擊能量機(jī)關(guān)的位置較為敏感，完成擊打任務(wù)的機(jī)器人必須要正對(duì)能量機(jī)關(guān)，否則會(huì)帶來(lái)預(yù)測(cè)誤差，簡(jiǎn)單的能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法已經(jīng)無(wú)法滿足能量機(jī)關(guān)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的要求，降低能量機(jī)關(guān)裝甲板的誤識(shí)別率、提高算法識(shí)別魯棒性已經(jīng)成為制約比賽獲勝的關(guān)鍵因素，因此對(duì)能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于卡爾曼濾波軌跡預(yù)測(cè)的能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法，不僅提高了查找能量機(jī)關(guān)輪廓的準(zhǔn)確率，而且能夠完成能量機(jī)關(guān)的準(zhǔn)確定位與預(yù)測(cè)，解決了裝甲誤識(shí)別率高、魯棒性差以及云臺(tái)運(yùn)動(dòng)滯后等問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于卡爾曼濾波軌跡預(yù)測(cè)的能量機(jī)關(guān)識(shí)別算法，具體包括以下步驟：

首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理；

基于幾何約束集遍歷輪廓，刪除偽裝甲板；

采用模板匹配方法對(duì)能量機(jī)關(guān)扇葉進(jìn)行識(shí)別；

對(duì)能量機(jī)關(guān)進(jìn)行定位及預(yù)測(cè)，即建立基于卡爾曼濾波的能量機(jī)關(guān)軌跡預(yù)測(cè)模型，獲取卡爾曼濾波的運(yùn)動(dòng)方程和觀測(cè)方程，采用卡爾曼濾波預(yù)測(cè)和更新能量機(jī)關(guān)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

建立子彈拋物模型，通過(guò)對(duì)云臺(tái)角度進(jìn)行補(bǔ)償，獲得云臺(tái)橫擺角和俯仰角，完成能量機(jī)關(guān)的激活；

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，前述對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理具體包括以下步驟：

第11步，將攝像頭獲取的三通道圖像轉(zhuǎn)換為三個(gè)單通道圖像，分離彩色通道，分別為紅色通道、綠色通道以及藍(lán)色通道；

第12步，將紅藍(lán)通道相減去除背景噪聲的干擾，預(yù)處理刪除敵方能量機(jī)關(guān)顏色得到灰度圖圖像；

第13步，將灰度圖圖像進(jìn)行閾值化處理，得到圖像的二值圖；

第14步，對(duì)獲得的二值圖進(jìn)行膨脹處理，采用橢圓擬合燈條輪廓獲得燈條的外包橢圓；