1 前言

计算机视觉系统是目前人工智能研究最重要的工具, 也是自主足球机器人的主要研究内容之一。
其内容包括根据一幅或多幅视平面图像计算出视点到目标物体的距离、目标物体的运动参数、以及目标物体的表面特性等。比赛时球场及一些规划线的距离及相对位置是固定的, 而机器人和足球则不停地运动, 具有自主功能的足球机器人如何根据自带的微型摄像拍摄的图像进行分析, 得到有关参数是控制和决策成功的关键。在引入了计算机视觉系统后, 该问题就变成了根据视平面上某些参考点的坐标, 通过分析已知条件, 建立相应的数学模型, 求出空间平面足球场所在的平面上运动点足球
及机器人的坐标参数。

2 空间坐标系

2.1 空间坐标的几何关系

在左手系的三维笛卡尔坐标系中, 取 OXYZ 为成正实像的投影变换坐标系, 即将视平面的位置与光心(空间坐标系的原点)的位置对调。得到空间坐标系如图1所示：

 视平面上点P（x,y)与空间对应的点P（x,y,z)之间的关系 如下：

；

 其中 f 为摄像机光心到视平面之间的距离, 通常为一己知定值。如果空间的点P（x,y,z)所在的平
面的方程为,其中, 为平面的斜率, r为光心沿z轴到空间平面的距离。则点
P（x,y,z)与视平面上对应点的坐标关系满足下式:

根据式2, 只要知道空间平面方程中三个参数p,q,r; 那么该平面上点的坐标就可根据其在视平面上对应的坐标计算出来。在足球比赛时, 机器人的摄像机(视平面)存在平移和旋转两个运动,位置经常发生变化, 参数p,q,r 无法直接求出来。但可以根据空间平面上的已知点运用本文提出的算法间接地加以求出。

2.2 固定参考点的选取及相对位置

在球场平面上任取四个不共线且位置固定的点, 根据它们之间的相对位置计算空间平面的参数。为了计算方便一可选取的4个点为一矩形(如小禁区)的四个顶点, 如图2所示的,,和。

 如果选不到这4个点（如机器人摄像机不是对着球门区附近）则可选另外4个点, 只要这它们之间的相对位置确定, 就可用平面几何的方法求出它们之间的距离和夹角, 此时4个向量的矢量积不为0, 具体计算可参考文献5〔。有关参数见表1和表2。

 在实际应用中可选取多组参考点, 通过离线计算制成表格, 然后由CPU采用查表的方法获得。

 

总结

以上是生活随笔为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内容，希望文章能够帮你解决所遇到的问题。

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