基于雙計(jì)算機(jī)的仿人機(jī)器人的視覺跟蹤系統(tǒng)

　　主程序模塊與一般的Linux應(yīng)用程序沒有區(qū)別，它主要有以下幾個(gè)功能：與信息處理系統(tǒng)通訊;向?qū)崟r(shí)任務(wù)傳送控制參數(shù);實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，即將從實(shí)時(shí)任務(wù)傳過來的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)輸出到監(jiān)視器上，同時(shí)將通過鍵盤輸入的控制信號(hào)，實(shí)際上主程序模塊主要實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)的作用，可以稱之為控制臺(tái)程序。

　　3.3運(yùn)動(dòng)控制過程
　　跟蹤系統(tǒng)的控制目標(biāo)是:根據(jù)圖像處理獲取的目標(biāo)質(zhì)心在圖像平面中的位置,實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人頭部的2個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度,將目標(biāo)置于圖像平面的中央位置。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中一個(gè)控制循環(huán)大約需要3毫秒的時(shí)間。在信息處理系統(tǒng)中，處理一幀圖像平均需要100毫秒左右的時(shí)間。由此可見，視覺處理的周期要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于運(yùn)動(dòng)控制的周期。因此在一個(gè)視覺處理周期之后，系統(tǒng)應(yīng)該做好下一個(gè)視覺處理周期之內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，也就是做好后面多個(gè)控制周期之內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，這樣才能保證機(jī)器人的頭部以均勻、平緩，同時(shí)又是準(zhǔn)確的速度來跟蹤目標(biāo)。

　　4 實(shí)驗(yàn)
　　在仿人機(jī)器人BHR1中，信息處理計(jì)算機(jī)的CPU為PⅣ2.4GHz,內(nèi)存為512MB，運(yùn)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)的CPU為PIII700MHz,內(nèi)存為256MB。SVS系統(tǒng)的采集速度為15幀每秒，采集圖像的大小為320×240像素。Memolink采用PCI接口，最大傳輸速率為1M bytes/s或1M words/s。

　　4.1 復(fù)雜背景下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。
　　在運(yùn)動(dòng)物體跟蹤實(shí)驗(yàn)中，紅色小球作為目標(biāo)在機(jī)器人的視野中做單擺運(yùn)動(dòng)。為了驗(yàn)證基于多圖像信息的目標(biāo)識(shí)別算法，背景中放置了紅色的方塊和一個(gè)綠色的小球。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，第一行圖像是實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，第二行圖像是左攝像頭的視頻序列，結(jié)果表明彩色目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度小于0.3m/s時(shí)，機(jī)器人頭部仍可以很好地跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，并使其始終位于左側(cè)攝像機(jī)所采集到圖像的中央位置。在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)環(huán)境的室內(nèi)背景下，利用單一的圖像信息，系統(tǒng)很可能會(huì)跟蹤失敗。相同背景下，單一的顏色信息不能將紅色的小球和背景中的紅色方塊區(qū)分開來。

圖 5 復(fù)雜背景下彩色目標(biāo)跟蹤實(shí)驗(yàn)

　　圖6顯示了紅色小球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的跟蹤過程，圖中的數(shù)據(jù)為實(shí)際數(shù)據(jù)的1/10抽樣。可以看出，在X軸方向上，目標(biāo)質(zhì)心坐標(biāo)到圖像中心的偏差在±30個(gè)像素以內(nèi)，在y軸方向上，目標(biāo)質(zhì)心坐標(biāo)到圖像中心的偏差在±20個(gè)像素內(nèi)。實(shí)驗(yàn)說明在物體的運(yùn)動(dòng)過程中，跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤物體并將物體的質(zhì)心保持在左眼攝像機(jī)的中心。

圖6 目標(biāo)在X、Y方向上的跟蹤誤差（像素）

　　5 結(jié)論

　　本文提出了基于Memolink通訊的雙計(jì)算機(jī)的仿人機(jī)器人的視覺跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠滿足仿人機(jī)器人實(shí)時(shí)視覺跟蹤的性能要求。

　　在未知的復(fù)雜環(huán)境中，基于深度、顏色和模版匹配的多圖像信息融合方案確保機(jī)器人穩(wěn)定的從視頻序列中分割出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

　　本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)
　　本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于MemoLink通訊的雙計(jì)算機(jī)的視覺跟蹤系統(tǒng)， 一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)視頻信息的處理，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)器人頭部的運(yùn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了仿人機(jī)器人頭部對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。本文提出了一種集成深度、顏色和形狀信息的逐步逼近目標(biāo)區(qū)域的快速目標(biāo)分割方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜背景下目標(biāo)物體的穩(wěn)定分割。