專(zhuān)利名稱(chēng)：基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，尤其是一種適用機(jī)器人導(dǎo)航的基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追
蹤方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字圖像處理硬件的發(fā)展，基于視覺(jué)的導(dǎo)航方式在機(jī)器人導(dǎo)航中得到廣泛的關(guān)注。相對(duì)于傳統(tǒng)的導(dǎo)軌導(dǎo)航、基于傳感器數(shù)據(jù)導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航等方式，視覺(jué)導(dǎo)航更加靈活、更加簡(jiǎn)便，而且成本低廉。然而通過(guò)機(jī)器人的視覺(jué)進(jìn)行導(dǎo)航，需要對(duì)圖像進(jìn)行色系編碼轉(zhuǎn)換、顏色分割、濾波等處理過(guò)程，其算法復(fù)雜、運(yùn)算量大，需要耗費(fèi)大量的系統(tǒng)資源，降低了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)性。因此，對(duì)于基于視覺(jué)的機(jī)器人追蹤系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了更高的要求，迫切需要一種方便快捷、實(shí)時(shí)性高的追蹤算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)性高、算法簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小且適用于特定環(huán)境下機(jī)器人導(dǎo)航的基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，包括以下步驟步驟1 利用機(jī)器人上安裝的攝像頭抓取一幅圖像；步驟2 對(duì)抓取的圖像進(jìn)行分析并得到特定顏色物體的位置坐標(biāo)；步驟3 根據(jù)特定顏色物體的位置坐標(biāo)生成控制命令并控制機(jī)器人動(dòng)作，循環(huán)執(zhí)行步驟1至步驟3，直至機(jī)器人與特定顏色物體的距離小于設(shè)定值時(shí)，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。而且，所述特定顏色物體為紅色物體、綠色物體或藍(lán)色物體。而且，所述步驟2包括以下處理過(guò)程(1)將RGB色彩編碼轉(zhuǎn)換為YUV色彩編碼；(2)根據(jù)特定顏色物體的顏色，找到特定顏色物體的邊緣位置乂231，￥2、￥1，進(jìn)而得到特定顏色物體在該圖像中的位置坐標(biāo)(Χ2-Χ1)/2，(Υ2-Υ1)/2。而且，所述步驟3根據(jù)特定顏色物體的位置坐標(biāo)生成控制命令包括以下處理過(guò)程(1)將一幅圖像在X軸方向上劃分為左側(cè)區(qū)域、前側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域；(2)如果特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于圖像的右側(cè)區(qū)域，則生成向右旋轉(zhuǎn)的控制命令；如果特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于左側(cè)區(qū)域，則機(jī)器人生成向左旋轉(zhuǎn)的控制命令； 否則，特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于前側(cè)區(qū)域，則機(jī)器人生成向前運(yùn)動(dòng)的控制命令。而且，所述的左側(cè)區(qū)域、前側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域在圖像X軸方向上的比例為7/16、 1/8、7/16。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明采用基于顏色識(shí)別的導(dǎo)航追蹤方式，利用攝像頭抓取圖像并對(duì)抓取的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析處理即可實(shí)現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)視覺(jué)導(dǎo)航方式存在的算法復(fù)雜、運(yùn)算量大并消耗了大量的系統(tǒng)資源的問(wèn)題，同時(shí)克服了導(dǎo)軌導(dǎo)航方式需要安裝導(dǎo)軌且受場(chǎng)地限制的問(wèn)題，也克服了傳感器導(dǎo)航方式需要使用大量傳感器且需要對(duì)傳感器進(jìn)行大量的測(cè)試修正參數(shù)存在的周期長(zhǎng)、工作量大的問(wèn)題，具有算法簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)且對(duì)系統(tǒng)資源占用小等特點(diǎn)。另外，本發(fā)明對(duì)于機(jī)器人只需增加一個(gè)攝像頭模塊即可實(shí)現(xiàn)，不需要其它硬件設(shè)備，相比于其它導(dǎo)航方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，可廣泛用于具有攝像頭的機(jī)器人系統(tǒng)，特別適用于特定場(chǎng)合下對(duì)于特定顏色物體的追蹤。


圖1是本發(fā)明的處理流程圖；圖2是本發(fā)明的圖像劃分的區(qū)域示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。一種基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，如圖1，包括以下步驟步驟1、利用機(jī)器人上安裝的攝像頭抓取一幅圖像。本步驟利用機(jī)器人上安裝的攝像頭對(duì)攝像頭前方進(jìn)行拍照并抓取圖像，該圖像的分辨率可以根據(jù)實(shí)際需求情況進(jìn)行設(shè)置，分辨率越高，導(dǎo)航精度也越高，但對(duì)硬件的要求也越高，運(yùn)算量也越大。下面以USOxlOM分辨率的圖像進(jìn)行說(shuō)明。步驟2、對(duì)抓取的圖像進(jìn)行分析并得到特定顏色物體的位置坐標(biāo)。特定顏色物體可以為紅色物體、綠色物體和藍(lán)色物體，也就是說(shuō)，本追蹤方法可以對(duì)紅色物體、綠色物體和藍(lán)色物體進(jìn)行追蹤導(dǎo)航。本步驟具體包括以下處理過(guò)程(1)將RGB色彩編碼轉(zhuǎn)換為YUV色彩編碼由于一般攝像頭采集的圖像都是均采用RGB色彩編碼，因此，需要按照以下轉(zhuǎn)換關(guān)系將RGB色彩編碼方式轉(zhuǎn)換成YUV色彩編碼方式Y(jié) = O. 299*R+0. 587*G+0. 114*B ；U = -0. 147*R-0. 289*G+0. 436*B = 0. 492*(B-Y)；V = O. 615*R-0. 515*G_0. 100*B = 0. 877* (R-Y)；(2)根據(jù)所要追蹤物體顏色的范圍，找到特定顏色物體的邊緣位置X2、X1，Y2、Y1， 進(jìn)而得到特定顏色物體在該圖像視野里的位置坐標(biāo)為(Χ2-Χ1)/2，(Υ2-Υ1)/2，上式中，XI、 X2為物體的映像在圖像中左右邊緣的坐標(biāo)，YU Y2為物體的映像在圖像中上下邊緣的坐標(biāo)。為了找到特定顏色物體的邊緣位置，需要事先設(shè)定所要追蹤物體的顏色范圍。其中，紅色物體顏色范圍為ymin = 75, ymax = 225 ；umin = 100，umax = 150 ；vmin =175，vmax = 250 ；綠色物體顏色范圍
ymin[ix] = 25，ymax[ix] = 45 ；

umin[ix] = 65, umax[ix] = 85 ；vmin [ix] = 15，vmax [ix] = 35 ；藍(lán)色物體顏色范圍ymin [ix] = 55，ymax [ix] = 65 ；umin[ix] = 175, umax[ix] = 185 ；vmin[ix] = 95, vmax[ix] = 105。步驟3、根據(jù)特定顏色物體的位置坐標(biāo)生成控制命令并控制機(jī)器人動(dòng)作。(1)為了對(duì)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航處理，需要將一幅圖像在圖像X軸方向上，即橫向上劃分為左側(cè)區(qū)域、前側(cè)區(qū)域、右側(cè)區(qū)域，如圖2所示。左側(cè)區(qū)域、前側(cè)區(qū)域、右側(cè)區(qū)域在圖像X軸方向(橫向)上的比例為7/16、1/8、7/16，以1280x1024分辨率的圖像為例，則左側(cè)區(qū)域、 前側(cè)區(qū)域、右側(cè)區(qū)域分別為1至560 (大小為56)，前側(cè)區(qū)域?yàn)?61至720 (大小為160)，右側(cè)區(qū)域?yàn)?21至1280 (大小為560)。(2)根據(jù)特定顏色物體的位置坐標(biāo)生成控制命令并執(zhí)行如果位置坐標(biāo) (X2-XD/2 > 720，則說(shuō)明特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于圖像的右側(cè)區(qū)域，即生成向右旋轉(zhuǎn)的控制命令，控制機(jī)器人向右旋轉(zhuǎn)時(shí)間Tl，然后跳轉(zhuǎn)到步驟1 ；如果(Χ2-Χ1)/2 < 560，則說(shuō)明特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于圖像的左側(cè)區(qū)域，則機(jī)器人生成向左旋轉(zhuǎn)的控制命令， 控制機(jī)器人向左旋轉(zhuǎn)時(shí)間Tl，然后跳轉(zhuǎn)到步驟1 ；否則，特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于前側(cè)區(qū)域，則機(jī)器人生成向前運(yùn)動(dòng)的控制命令，控制機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)時(shí)間T2，然后通過(guò)比較 (X2-X1)與設(shè)定值χ的大小來(lái)大致判斷物體與機(jī)器人的距離，如果(X2-X1) <設(shè)定值X，則說(shuō)明機(jī)器人與物體在危險(xiǎn)距離以外，可以繼續(xù)前行，然后跳轉(zhuǎn)到步驟1，否則，機(jī)器人停止前行。在本實(shí)施例中，Tl取值為50ms-70ms ；T2取值為0. 8s_l. 2s,時(shí)間Tl，T2關(guān)系到機(jī)器人在動(dòng)作后，目標(biāo)物是否在所需區(qū)域內(nèi)，具體取值根據(jù)實(shí)際情況可在上述規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)置。通過(guò)上述步驟即可實(shí)現(xiàn)基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤功能。本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例。凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，其特征在于包括以下步驟步驟1 利用機(jī)器人上安裝的攝像頭抓取一幅圖像；步驟2 對(duì)抓取的圖像進(jìn)行分析并得到特定顏色物體的位置坐標(biāo)；步驟3 根據(jù)特定顏色物體的位置坐標(biāo)生成控制命令并控制機(jī)器人動(dòng)作，循環(huán)執(zhí)行步驟1至步驟3，直至機(jī)器人與特定顏色物體的距離小于設(shè)定值時(shí)，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，其特征在于所述特定顏色物體為紅色物體、綠色物體或藍(lán)色物體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，其特征在于所述步驟2 包括以下處理過(guò)程(1)將RGB色彩編碼轉(zhuǎn)換為YUV色彩編碼；(2)根據(jù)特定顏色物體的顏色，找到特定顏色物體的邊緣位置X2、X1，Y2、Y1，進(jìn)而得到特定顏色物體在該圖像中的位置坐標(biāo)(Χ2-Χ1)/2，(Υ2-Υ1)/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，其特征在于所述步驟3 根據(jù)特定顏色物體的位置坐標(biāo)生成控制命令包括以下處理過(guò)程(1)將一幅圖像在X軸方向上劃分為左側(cè)區(qū)域、前側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域；(2)如果特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于圖像的右側(cè)區(qū)域，則生成向右旋轉(zhuǎn)的控制命令； 如果特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于左側(cè)區(qū)域，則機(jī)器人生成向左旋轉(zhuǎn)的控制命令；否則，特定顏色物體的位置坐標(biāo)位于前側(cè)區(qū)域，則機(jī)器人生成向前運(yùn)動(dòng)的控制命令。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，其特征在于所述的左側(cè)區(qū)域、前側(cè)區(qū)域和右側(cè)區(qū)域在圖像X軸方向上的比例為7/16、1/8、7/16。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于顏色識(shí)別的機(jī)器人追蹤方法，包括以下步驟步驟1利用機(jī)器人上安裝的攝像頭抓取一幅圖像；步驟2對(duì)抓取的圖像進(jìn)行分析并得到特定顏色物體的位置坐標(biāo)；步驟3根據(jù)特定顏色物體的位置坐標(biāo)生成控制命令并控制機(jī)器人動(dòng)作，循環(huán)執(zhí)行步驟1至步驟3，直至機(jī)器人與特定顏色物體的距離小于設(shè)定值時(shí)，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，采用基于顏色識(shí)別的導(dǎo)航追蹤方式，利用攝像頭抓取圖像并對(duì)抓取的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析處理即可實(shí)現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)視覺(jué)導(dǎo)航方式存在的算法復(fù)雜、運(yùn)算量大并消耗了大量的系統(tǒng)資源的問(wèn)題，具有算法簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)且對(duì)系統(tǒng)資源占用小等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/16GK102431034SQ201110259748
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者劉國(guó)濤, 龐毅, 張靜, 高強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)