專利名稱：一種偵察機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)式機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠半自主移動(dòng)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤的偵
察機(jī)器人。
背景技術(shù)：
偵察機(jī)器人作為移動(dòng)機(jī)器人的一種，已有十幾年的發(fā)展歷史，它主要應(yīng)用于反恐 防暴、排爆、防化、危險(xiǎn)品探測(cè)、災(zāi)難救援等領(lǐng)域，因此該類機(jī)器人常用于如山丘、草地、災(zāi)害 現(xiàn)場(chǎng)等非結(jié)構(gòu)環(huán)境中。 在非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，機(jī)器人的圖像采集系統(tǒng)常常面臨著圖像成像不穩(wěn)定等現(xiàn) 象，影響了圖像采集系統(tǒng)的相關(guān)算法的有效性，因此，克服機(jī)器人在移動(dòng)過(guò)程中的物理抖動(dòng) 對(duì)圖像采集的影響是亟待解決的問(wèn)題。 同時(shí)，通常情況下，偵察機(jī)器人的移動(dòng)需要人工的不斷監(jiān)控、判斷，形成人在控制 環(huán)路中的控制格局，這種人為控制格局至少存在如下問(wèn)題常因操作人員的失誤和缺勤而 出現(xiàn)錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種偵察機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)半自主移動(dòng)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。
本發(fā)明實(shí)施例是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明實(shí)施例提供一種偵察機(jī)器人，包括圖像處理跟蹤系統(tǒng)、具有無(wú)線模擬搖桿 鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)、底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)； 所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)，用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的半自主跟蹤和手動(dòng)跟蹤，采集所跟蹤的 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，并在圖像處理中通過(guò)電子穩(wěn)像的算法，克服機(jī)器 人在行進(jìn)中對(duì)圖像造成的晃動(dòng)； 所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)界面中的鼠標(biāo)光 標(biāo)的基本功能，輔助圖像處理跟蹤系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)； 所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用于接收所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)或所 述圖像處理跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤命令，根據(jù)所述目標(biāo)跟蹤命令運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)。
所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)為基于兩軸框架的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的圖像處理跟蹤系統(tǒng)。
所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)在兩軸框架的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上，將滑模變結(jié)構(gòu)控制算法用 于平臺(tái)的兩軸電機(jī)速度環(huán)控制，并配合PID穩(wěn)定校正，形成雙環(huán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定控制算法。
所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)包括電子穩(wěn)像單元、圖像采集單元、背景建模單元、目標(biāo) 檢測(cè)單元、特征提取單元及目標(biāo)跟蹤控制單元； 所述電子穩(wěn)像單元，用于對(duì)機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中采集的圖像的若干幀進(jìn)行電子穩(wěn) 像處理； 所述圖像采集單元，用于采集經(jīng)過(guò)電子穩(wěn)像處理后的圖像的若干幀； 所述背景建模單元，用于對(duì)所述圖像采集單元采集的若干幀圖像，采用中值濾波
4法進(jìn)行背景建模； 所述目標(biāo)檢測(cè)單元，用于在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)入所述背景中時(shí)，以接收人工選擇的方式
或根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)保存的前景圖像信息檢測(cè)目標(biāo)，提取其前景圖； 所述特征提取單元，用于采用前景圖直方圖的方式統(tǒng)計(jì)目標(biāo)特征； 所述目標(biāo)跟蹤控制單元，用于發(fā)送目標(biāo)跟蹤命令，控制底盤系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)、
控制云臺(tái)進(jìn)行視角鎖定以及控制兩軸陀螺轉(zhuǎn)向跟蹤，以保持對(duì)目標(biāo)的持續(xù)偵察和跟蹤。 所述電子穩(wěn)像單元通過(guò)對(duì)比當(dāng)前幀和上一幀的圖像模型，分析圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，
通過(guò)圖像像素點(diǎn)逆行移動(dòng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，達(dá)到電子穩(wěn)像的目的。 所述目標(biāo)跟蹤控制單元采用CamShift圖像處理算法發(fā)送目標(biāo)跟蹤命令，其中使 用下面的公式來(lái)近似表示Camshift中的Bhattacharyya系數(shù)，并據(jù)此分析是否丟失目標(biāo)；》'(力三P*["x),f (w]=f 、/ i(，、 ，、 = 「、1廣、t
L 」 V max(々)max(々) max(《)max(4 ) 3 其中，《(力為候選目標(biāo)的特征直方圖，呔,(X)為目標(biāo)模型的特征直方圖。
所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)采用單片機(jī)作為搖桿鼠標(biāo)數(shù)據(jù)的 核心處理單元。 所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)包括搖桿、按鈕及無(wú)線數(shù)據(jù)傳送單 元部件，所述鼠標(biāo)光標(biāo)的基本功能包括移動(dòng)、框選、單擊、雙擊。
所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心處理單元。 所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)控制，所述具 有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)采用單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)底盤雙軸電位器、 搖桿鼠標(biāo)雙軸電位器、云臺(tái)雙軸電位器的電壓信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，為具有無(wú)線模擬搖 桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)提供可靠的傳輸數(shù)據(jù)，用單片機(jī)的I/O功能和中斷功能實(shí)現(xiàn)液晶 顯示器的顯示和檔位開(kāi)關(guān)的選擇，再通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳送單元傳給底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，所述底盤 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)模擬鼠標(biāo)控制和D/A轉(zhuǎn)換，用以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)輪，達(dá)到人 為控制的目的，同時(shí)該底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)接收?qǐng)D像處理跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤命令實(shí)現(xiàn)偵察 機(jī)器人的自主跟蹤。 由上述本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例所述偵察機(jī)器人實(shí) 現(xiàn)了能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行人為控制和半自主控制移動(dòng)的雙控模式，從而能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤和檢測(cè)，為偵察機(jī)器人尾隨并保持視角，鎖定目標(biāo)提供了更為先進(jìn)的技術(shù)。
另外，本發(fā)明實(shí)施例的偵察機(jī)器人采集所跟蹤的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，對(duì)采集的圖像 進(jìn)行處理，并在圖像處理中通過(guò)電子穩(wěn)像的算法，有效克服了機(jī)器人在行進(jìn)中對(duì)圖像造成 的晃動(dòng)，加強(qiáng)了圖像采集的每一幀圖像的穩(wěn)定性和可觀測(cè)性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例偵察機(jī)器人和具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能控制箱的結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例基于兩軸框架陀螺穩(wěn)定平臺(tái)圖像處理跟蹤系統(tǒng)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例圖像處理跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，可以理解的是，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施 例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的 所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。 本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供一種偵察機(jī)器人，如圖1所示，該偵察機(jī)器人包括圖像處 理跟蹤系統(tǒng)、具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)、底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)； 所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)，用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的半自主跟蹤和手動(dòng)跟蹤，采集所跟蹤的 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，達(dá)到目標(biāo)跟蹤的目的。并可以在圖像處理中通過(guò) 電子穩(wěn)像的算法，克服機(jī)器人在行進(jìn)中對(duì)圖像造成的晃動(dòng)。 本發(fā)明實(shí)施例所述的圖像處理跟蹤系統(tǒng)為基于兩軸框架的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的圖像 處理跟蹤系統(tǒng)，如圖2所示為基于兩軸框架的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的圖像處理跟蹤系統(tǒng)的示意 圖，本發(fā)明實(shí)施例的偵察機(jī)器人的圖像處理跟蹤系統(tǒng)的圖像采集部分位于兩軸框架的陀螺 穩(wěn)定平臺(tái)上，平臺(tái)采用了基于陀螺反饋穩(wěn)定的雙軸框架，輔助提高了圖像采集的每一幀圖 像的穩(wěn)定性和可觀測(cè)性。該平臺(tái)將滑模變結(jié)構(gòu)控制算法應(yīng)用于電機(jī)的速度環(huán)控制，并配合 PID穩(wěn)定校正算法，形成了雙環(huán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定控制算法。
所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一種實(shí)施例如圖3所示，包括電子穩(wěn)像單元、圖像采
集單元、背景建模單元、目標(biāo)檢測(cè)單元、特征提取單元及目標(biāo)跟蹤控制單元。 所述的電子穩(wěn)像單元，用于對(duì)機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中采集的圖像的若干幀進(jìn)行電子
穩(wěn)像處理，以消除機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中對(duì)圖像造成的晃動(dòng)，該電子穩(wěn)像單元通過(guò)對(duì)比當(dāng)前
幀和上一幀的圖像模型，分析圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，通過(guò)圖像像素點(diǎn)逆行移動(dòng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，達(dá)
到電子穩(wěn)像的目的； 所述圖像采集單元，建立在雙軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上，用于采集經(jīng)過(guò)電子穩(wěn)像處理后 的圖像的若干幀，為后續(xù)的圖像處理算法提供對(duì)象； 所述背景建模單元，用于對(duì)所述圖像采集單元采集的若干幀圖像，采用中值濾波 法進(jìn)行背景建模； 所述目標(biāo)檢測(cè)單元，用于在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)入所述背景中時(shí)，以接收人工選擇的方式 將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)設(shè)定為檢測(cè)對(duì)象，提取其前景圖，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)；也可以根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)保存 的前景圖像信息，設(shè)置需要跟蹤的目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入所述背景中時(shí)，將會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)跟
蹤o 所述特征提取單元，用于采用前景圖直方圖的方式統(tǒng)計(jì)目標(biāo)特征； 所述目標(biāo)跟蹤控制單元，用于采用本發(fā)明改進(jìn)的CamShift圖像處理算法發(fā)送目
標(biāo)跟蹤命令，控制底盤系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)、控制云臺(tái)進(jìn)行視角鎖定以及控制兩軸陀螺轉(zhuǎn)
向跟蹤，以保持對(duì)目標(biāo)的持續(xù)偵察和跟蹤。本發(fā)明后續(xù)實(shí)施例將對(duì)所述改進(jìn)的CamShift算
法進(jìn)行詳細(xì)介紹。 實(shí)現(xiàn)自主跟蹤的過(guò)程包括當(dāng)待跟蹤目標(biāo)出現(xiàn)在視野中時(shí)，通過(guò)鼠標(biāo)來(lái)框選目標(biāo)， 之后對(duì)所選中的目標(biāo)進(jìn)行建模，建模完成之后開(kāi)始進(jìn)行跟蹤。跟蹤過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)目標(biāo)丟失 則進(jìn)行相應(yīng)的丟失處理。其跟蹤處理過(guò)程參看后續(xù)介紹的改進(jìn)的Camshift跟蹤算法。
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所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)空能的控制箱系統(tǒng)，用于通過(guò)搖桿、按鈕及無(wú)線數(shù)據(jù) 傳送單元等部件組成控制箱，來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)界面中的鼠標(biāo)光標(biāo)的基本功能，包括移動(dòng)、框 選、單擊、雙擊等功能，輔助了圖像處理跟蹤系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的跟蹤 運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明實(shí)施例所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)采用單片機(jī)作為搖桿鼠 標(biāo)數(shù)據(jù)的核心處理單元。 所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用于接收具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)或所述圖 像處理跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤命令，根據(jù)所述目標(biāo)跟蹤命令運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)。本發(fā)明實(shí)施例 提供的底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心處理單元。 本發(fā)明實(shí)施例提供的底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以由具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱 系統(tǒng)控制，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)采用 單片機(jī)作為核心處理單元，采用單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)底盤雙軸電位器、搖桿鼠標(biāo)雙 軸電位器、云臺(tái)雙軸電位器的電壓信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，為具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能 的控制箱系統(tǒng)提供可靠的傳輸數(shù)據(jù)，用單片機(jī)的I/O功能和中斷功能實(shí)現(xiàn)液晶點(diǎn)陣顯示器 的顯示和檔位開(kāi)關(guān)的選擇，再通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳送單元傳給底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，該底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 采用單片機(jī)為核心，通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)模擬鼠標(biāo)控制和D/A轉(zhuǎn)換，得到模擬鼠標(biāo)信息和云 臺(tái)控制信息，用以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)輪，包括左輪和右輪，達(dá)到人為控制的目的。同時(shí)該底 盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)接收?qǐng)D像處理跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤命令實(shí)現(xiàn)偵察機(jī)器人的自主跟蹤，因此 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了偵察機(jī)器人的自主控制和人為控制雙控制模式。 本發(fā)明實(shí)施例所述偵察機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行人為控制和半自 主控制移動(dòng)的雙控模式，從而能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤和檢測(cè)，為偵察機(jī)器人尾隨并 保持視角鎖定目標(biāo)提供了更為先進(jìn)的技術(shù)。 本發(fā)明實(shí)施例提供的偵察機(jī)器人的跟蹤算法為改進(jìn)的CamShift算法，該算法實(shí)
現(xiàn)了機(jī)器人視覺(jué)中前景信息的提取，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)目標(biāo)的有效跟蹤。 本發(fā)明實(shí)施例使用下面的公式(1)來(lái)近似表示Camshift中的Bhattacharyya系
數(shù)，并據(jù)此分析是否丟失目標(biāo)，從而針對(duì)不同情況進(jìn)行應(yīng)急措施處理。
三〃e(x),f (力]=t、 "，、=廣、1 「,、l:在(w:o0
L 」max(《)max(g ) max(g)max(《)^ (1) 其中，^ (力為候選目標(biāo)的特征直方圖，《a(x)為目標(biāo)模型的特征直方圖。
系統(tǒng)在接收到檢測(cè)算法中得到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)形心位置及目標(biāo)大小之后，首先進(jìn)行 RGB空間到HSV空間的轉(zhuǎn)換，提取出色度分量Hue，并由此建立運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維直方圖作為 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的模型；其次，對(duì)于每一幀更新的圖像，再進(jìn)行RGB空間到HSV空間的轉(zhuǎn)換，提取出 Hue分量之后，利用目標(biāo)建模階段得到的直方圖，計(jì)算候選目標(biāo)的概率分布密度(直方圖反 向投影)；再次，根據(jù)公式(1)計(jì)算相似度系數(shù)，用來(lái)評(píng)估候選目標(biāo)與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)模型之間的 相似程度；然后通過(guò)CamShift迭代算法，獲得當(dāng)前幀圖像中與目標(biāo)模型最為"相似"的候選 目標(biāo)位置；通過(guò)計(jì)算相似度，確定要跟蹤的目標(biāo)是否發(fā)生了丟失，如果未丟失，則對(duì)其后的 圖像重復(fù)上述過(guò)程，不斷獲得最近的目標(biāo)位置，如果丟失，則重新檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，執(zhí)行上述 改進(jìn)的CamShift跟蹤算法。 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述偵察機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行人為控
7制和半自主控制移動(dòng)的雙控模式，從而能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤和檢測(cè)，為偵察機(jī)器 人尾隨并保持視角鎖定目標(biāo)提供了更為先進(jìn)的技術(shù)。 另外，本發(fā)明實(shí)施例的偵察機(jī)器人采集所跟蹤的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，對(duì)采集的圖像 進(jìn)行處理，并在圖像處理中通過(guò)電子穩(wěn)像的算法，有效克服了機(jī)器人在行進(jìn)中對(duì)圖像造成 的晃動(dòng)，加強(qiáng)了圖像采集的每一幀圖像的穩(wěn)定性和可觀測(cè)性。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種偵察機(jī)器人，其特征在于，包括圖像處理跟蹤系統(tǒng)、具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)、底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)，用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的半自主跟蹤和手動(dòng)跟蹤，采集所跟蹤的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，并在圖像處理中通過(guò)電子穩(wěn)像的算法，克服機(jī)器人在行進(jìn)中對(duì)圖像造成的晃動(dòng)；所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)界面中的鼠標(biāo)光標(biāo)的基本功能，輔助圖像處理跟蹤系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)；所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用于接收所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)或所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤命令，根據(jù)所述目標(biāo)跟蹤命令運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)。
2. 如權(quán)利要求1所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)為基于兩軸 框架的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)的圖像處理跟蹤系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)在兩軸框架 的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)上，將滑模變結(jié)構(gòu)控制算法用于平臺(tái)的兩軸電機(jī)速度環(huán)控制，并配合PID 穩(wěn)定校正，形成雙環(huán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定控制算法。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)包括電 子穩(wěn)像單元、圖像采集單元、背景建模單元、目標(biāo)檢測(cè)單元、特征提取單元及目標(biāo)跟蹤控制 單元；所述電子穩(wěn)像單元，用于對(duì)機(jī)器人在行進(jìn)過(guò)程中采集的圖像的若干幀進(jìn)行電子穩(wěn)像處理；所述圖像采集單元，用于采集經(jīng)過(guò)電子穩(wěn)像處理后的圖像的若干幀； 所述背景建模單元，用于對(duì)所述圖像采集單元采集的若干幀圖像，采用中值濾波法進(jìn) 行背景建模；所述目標(biāo)檢測(cè)單元，用于在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)入所述背景中時(shí)，以接收人工選擇的方式或根 據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)保存的前景圖像信息檢測(cè)目標(biāo)，提取其前景圖；所述特征提取單元，用于采用前景圖直方圖的方式統(tǒng)計(jì)目標(biāo)特征；所述目標(biāo)跟蹤控制單元，用于發(fā)送目標(biāo)跟蹤命令，控制底盤系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)、控制 云臺(tái)進(jìn)行視角鎖定以及控制兩軸陀螺轉(zhuǎn)向跟蹤，以保持對(duì)目標(biāo)的持續(xù)偵察和跟蹤。
5. 如權(quán)利要求4所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述電子穩(wěn)像單元通過(guò)對(duì)比當(dāng)前幀 和上一幀的圖像模型，分析圖像的運(yùn)動(dòng)矢量，通過(guò)圖像像素點(diǎn)逆行移動(dòng)一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，達(dá)到 電子穩(wěn)像的目的。
6. 如權(quán)利要求4所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述目標(biāo)跟蹤控制單元采用 CamShift圖像處理算法發(fā)送目標(biāo)跟蹤命令，其中使用下面的公式來(lái)近似表示Camshift中 的Bhattacharyya系數(shù)，并據(jù)此分析是否丟失目標(biāo)；f (力三["x), ^ (力]=;￡ 、/ ， ，、 = "1 ,、 t vi^^」 S V max(《)max(^ )max(Wmax(^ )其中，《(力為候選目標(biāo)的特征直方圖，&(x)為目標(biāo)模型的特征直方圖。
7. 如權(quán)利要求1所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的 控制箱系統(tǒng)采用單片機(jī)作為搖桿鼠標(biāo)數(shù)據(jù)的核心處理單元。
8. 如權(quán)利要求1所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的 控制箱系統(tǒng)包括搖桿、按鈕及無(wú)線數(shù)據(jù)傳送單元部件，所述鼠標(biāo)光標(biāo)的基本功能包括移動(dòng)、 框選、單擊、雙擊。
9. 如權(quán)利要求1所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用單片機(jī)作為 核心處理單元。
10. 如權(quán)利要求8所述的偵察機(jī)器人，其特征在于，所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由所述具有無(wú)線 模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)控制，所述具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)采用 單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)底盤雙軸電位器、搖桿鼠標(biāo)雙軸電位器、云臺(tái)雙軸電位器的電 壓信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，為具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)提供可靠的傳輸數(shù) 據(jù)，用單片機(jī)的1/0功能和中斷功能實(shí)現(xiàn)液晶顯示器的顯示和檔位開(kāi)關(guān)的選擇，再通過(guò)無(wú) 線數(shù)據(jù)傳送單元傳給底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，所述底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)模擬鼠標(biāo)控制和 D/A轉(zhuǎn)換，用以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)輪，達(dá)到人為控制的目的，同時(shí)該底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)接收 圖像處理跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤命令實(shí)現(xiàn)偵察機(jī)器人的自主跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例涉及移動(dòng)式機(jī)器人領(lǐng)域一種偵察機(jī)器人，包括圖像處理跟蹤系統(tǒng)，用于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的半自主跟蹤和手動(dòng)跟蹤，采集所跟蹤的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，以克服機(jī)器人在行進(jìn)中對(duì)圖像造成的晃動(dòng)；具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)界面中的鼠標(biāo)光標(biāo)的基本功能；底盤運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，用于接收具有無(wú)線模擬搖桿鼠標(biāo)功能的控制箱系統(tǒng)或所述圖像處理跟蹤系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤命令，根據(jù)所述目標(biāo)跟蹤命令運(yùn)動(dòng)來(lái)跟蹤目標(biāo)。本發(fā)明實(shí)施例所述偵察機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了能夠在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行人為控制和半自主控制移動(dòng)的雙控模式，并有效克服了機(jī)器人在行進(jìn)中對(duì)圖像造成的晃動(dòng)，加強(qiáng)了圖像采集的每一幀圖像的穩(wěn)定性和可觀測(cè)性。
文檔編號(hào)G05D1/00GK101763117SQ20091024250
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者李喜玉, 李鵬, 王田苗, 陳彧欣, 陳殿生 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)