1 前言

計算機視覺系統是目前人工智能研究最重要的工具, 也是自主足球機器人的主要研究內容之一。
其內容包括根據一幅或多幅視平面圖像計算出視點到目標物體的距離、目標物體的運動參數、以及目標物體的表面特性等。比賽時球場及一些規劃線的距離及相對位置是固定的, 而機器人和足球則不停地運動, 具有自主功能的足球機器人如何根據自帶的微型攝像拍攝的圖像進行分析, 得到有關參數是控制和決策成功的關鍵。在引入了計算機視覺系統后, 該問題就變成了根據視平面上某些參考點的坐標, 通過分析已知條件, 建立相應的數學模型, 求出空間平面足球場所在的平面上運動點足球
及機器人的坐標參數。

2?空間坐標系

2.1 空間坐標的幾何關系

在左手系的三維笛卡爾坐標系中, 取 OXYZ 為成正實像的投影變換坐標系, 即將視平面的位置與光心(空間坐標系的原點)的位置對調。得到空間坐標系如圖1所示：

?視平面上點P（x,y)與空間對應的點P（x,y,z)之間的關系 如下：

；

?其中 f 為攝像機光心到視平面之間的距離, 通常為一己知定值。如果空間的點P（x,y,z)所在的平
面的方程為,其中, 為平面的斜率, r為光心沿z軸到空間平面的距離。則點
P（x,y,z)與視平面上對應點的坐標關系滿足下式:

根據式2, 只要知道空間平面方程中三個參數p,q,r; 那么該平面上點的坐標就可根據其在視平面上對應的坐標計算出來。在足球比賽時, 機器人的攝像機(視平面)存在平移和旋轉兩個運動,位置經常發生變化, 參數p,q,r 無法直接求出來。但可以根據空間平面上的已知點運用本文提出的算法間接地加以求出。

2.2 固定參考點的選取及相對位置

在球場平面上任取四個不共線且位置固定的點, 根據它們之間的相對位置計算空間平面的參數。為了計算方便一可選取的4個點為一矩形(如小禁區)的四個頂點, 如圖2所示的,,和。

?如果選不到這4個點（如機器人攝像機不是對著球門區附近）則可選另外4個點, 只要這它們之間的相對位置確定, 就可用平面幾何的方法求出它們之間的距離和夾角, 此時4個向量的矢量積不為0, 具體計算可參考文獻5〔。有關參數見表1和表2。

?在實際應用中可選取多組參考點, 通過離線計算制成表格, 然后由CPU采用查表的方法獲得。

?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于计算机视觉原理的自主足球机器人位置计算的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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