[发明专利]一种基于视觉辨识的网球机器人定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉辨识的网球机器人定位系统，其特征在于系统包括：依次连接的用以提取场地内图像信息的图像提取单元、接收图像信息并对图像信息进行处理的图像处理单元、以及计算机器人位置时作为参照物使用的标识单元；所述图像处理单元包括用以去除图像噪声点的过滤模块、将过滤后图像进行阈值处理和转化的转换模块、划定场地范围的搜索模块以及用于锁定机器人位置的定位模块。本发明采用视觉辨识定位原理，基于双目视觉计算机器人到若干个标志物的距离实现机器人的定位，无需架设基站，设备结构简单，成本低廉，且能够满足系统精度要求。

技术领域

本发明涉及计算机技术及图像处理技术，具体说涉及一种基于视觉辨识的网球机器人定位系统及方法。

背景技术

近年来，网球运动在中国迅速发展，网球人口迅速增加。网球场馆内的网球拾取器械也日益热销。随智能时代到来，网球拾取器械的智能化趋势日益明显，尤其以网球服务机器人在网球场上的智能定位技术的发展最为突出。

航迹推算(Dead—Reckoning简称DR)是一种使用最广泛的定位手段。其不需要外部传感器信息即可实现对车辆位置和方向的估计，并且能够提供很高的短期定位精度。航迹推算定位技术的关键是要能测量出移动机器人单位时间间隔走过的距离。以及在这段时间内移动机器人航向的变化。根据传感器的不同，主要有基于惯性传感器的航迹推算定位方法以及基于码盘的航迹推算定位方法。利用陀螺和加速度计分别测量出旋转率和加速率，在对测量结果进行积分，从而求解出移动机器人移动的距离以及航向的变化，再根据航迹推算的基本算法，求得移动机器人的位置以及姿态，但应用此项技术随时间有漂移，积分之后，任何小的常数误差都会无限增长。因此不适用于有限区域内的特定目标定位领域。

UWB(Ultra Wide Band，超宽带)是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线通信技术，UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、家庭网络、位置测定、雷达检测等领域。系统容量大发送功率非常小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。但其具有价格昂贵，需要在场地架设基站，安装调试较为繁琐等缺点。

综上所述，现有技术中缺少行之有效的网球机器人定位技术，很大程度上制约了网球运动向智能化方向发展。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提出了一种视觉辨识的网球机器人定位系统，本系统能够精确测得网球服务机器人相对标识物的距离，利用网球服务机器人和已知坐标位置的标识物的相对位置关系判断机器人所处半场，进而实现网球机器人在网球场全场的定位。

一种基于视觉辨识的网球机器人定位系统，其特征在于系统包括：提取场地内图像信息的图像提取单元、接收图像信息并对图像信息进行处理的图像处理单元、以及计算机器人位置时作为参照物使用的标识单元；

所述图像处理单元包括用以去除图像噪声点的过滤模块、将过滤后图像进行阈值处理和转化的转换模块、划定场地范围的搜索模块以及用于锁定机器人位置的定位模块。

进一步地，所述图像提取单元还包括2个并列设置的CMOS摄像头、带动摄像头旋转的舵机以及控制舵机旋转的Arduino控制板，两所述CMOS摄像头间距300mm，并分别捕获摄像头前方120度方位内的图像。

进一步地，所述标识单元包括贴在网球场两拦柱上的不同颜色标识物，用以区分机器人所在半场。

进一步地，所述过滤模块根据双边滤波处理方式采用以下公式对图像提取单元发送的图像信息进行处理：