圖1（清潔機(jī)器人的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)草圖）
自從周二考完MT（醫(yī)療技術(shù)）以后，就開(kāi)始忙著繼續(xù)清潔機(jī)器人的項(xiàng)目。
經(jīng)過(guò)2天的忙碌，基本上算是解決了機(jī)器人的定位問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的實(shí)踐，慢慢的有了點(diǎn)小小體會(huì)。下面結(jié)合一下這2天的進(jìn)度，進(jìn)行個(gè)小總結(jié)。
隨著信息處理技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎大部分的技術(shù)問(wèn)題都最終可以轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問(wèn)題加以解決。
通常的步驟是：
步驟1，通過(guò)傳感器，將實(shí)際的物理或化學(xué)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
步驟2，對(duì)步驟1中所獲得的數(shù)字信號(hào)，根據(jù)物理特征的數(shù)學(xué)含義進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，提取出所需要的數(shù)學(xué)特征；
步驟3，將提取出的數(shù)學(xué)特征再重建為具有物理或化學(xué)意義的信息。
結(jié)合這幾個(gè)小時(shí)做的一點(diǎn)嘗試，做個(gè)簡(jiǎn)單介紹：
技術(shù)問(wèn)題的描述：
圖2（機(jī)器人定位示意圖） 我們的機(jī)器人系統(tǒng)分為兩部分，一部分是如圖1所示的機(jī)器人主體，里面包括自主運(yùn)動(dòng)單元，清潔單元和通信單元，另一部分就是面對(duì)黑板的視覺(jué)部分，包括通信單元和視覺(jué)單元。如圖2所示，為視覺(jué)單元中的攝像頭拍攝下的圖片。其中黑板上有三個(gè)黑圈的白紙代表我們的小機(jī)器人（其中單獨(dú)黑圈的方向?yàn)闄C(jī)器人的頭部，即前進(jìn)方向。）�，F(xiàn)在，我們要通過(guò)這樣的圖片，來(lái)識(shí)別出機(jī)器人，求出機(jī)器人所在的空間位置，再將此空間位置通過(guò)通信單元發(fā)給機(jī)器人主體，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主運(yùn)動(dòng)的控制。
所以，問(wèn)題的關(guān)鍵是機(jī)器人的識(shí)別和定位。在上個(gè)學(xué)期的最后一段時(shí)間，已經(jīng)解決了圖片像素和實(shí)際物理空間坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。也就是說(shuō)，我只要知道了圖片中某一點(diǎn)的像素，那我就知道，該像素所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，在實(shí)際的3D物理空間中的位置。這涉及到計(jì)算機(jī)視覺(jué)最主要的任務(wù)，3D場(chǎng)景重建。不過(guò)我們用了個(gè)比較取巧的方法，用8個(gè)已知像素及物理空間對(duì)應(yīng)關(guān)系的點(diǎn)來(lái)求圖片中任意一點(diǎn)的空間位置。這里相當(dāng)于解決了上面所述的3個(gè)步驟中的步驟3（將提取出的數(shù)學(xué)特征再重建為具有物理或化學(xué)意義的信息。）。具體的算法就不介紹了，效果還是不錯(cuò)的，誤差基本上在幾毫米，屬于可以允許的范圍之內(nèi)。
而現(xiàn)在我們要解決的問(wèn)題就是：如何從圖2中識(shí)別出，哪一部分是機(jī)器人。即，得到機(jī)器人的像素坐標(biāo)。這就是所述的步驟2。 對(duì)步驟1中所獲得的數(shù)字信號(hào)（即，圖2這樣的數(shù)碼照片），根據(jù)物理特征的數(shù)學(xué)含義進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，提取出所需要的數(shù)學(xué)特征； 好了，現(xiàn)在我們需要考慮，機(jī)器人在視覺(jué)/光學(xué)上有什么樣的特征？ 通過(guò)觀察圖2，我們可以發(fā)現(xiàn)，通常，黑板是大片的某種顏色，其上的字跡是其他顏色，但多為細(xì)長(zhǎng)的線條，幾乎沒(méi)有大片相同顏色的圖案出現(xiàn)。所以如果我們將機(jī)器人設(shè)計(jì)成為，具有大片的和黑板不同顏色的上表面的話，那我們的機(jī)器人就具有和黑板及筆跡不一樣的物理特征了。例如在圖2中，背景為白板。那我們可以讓機(jī)器人采用黑色的上表面顏色。 這樣我們就只需要過(guò)濾掉顏色淺的部分，和細(xì)的線段就可以得到干凈的幾乎只剩下機(jī)器人的圖片了。 圖3a（原始圖片） 圖3b（經(jīng)過(guò)處理后的圖片） 如圖3所示，是經(jīng)過(guò)一些處理步驟前后的圖片對(duì)比。可以看的出來(lái)，幾乎所有的背景和筆跡都被清除掉了。排除了其他干擾，現(xiàn)在我們只需要想辦法取得機(jī)器人的像素就可以了。好了，繼續(xù)尋找物理特征。我們可以觀察到，機(jī)器人上的點(diǎn)有這樣的特性，是黑色的，且周邊有大片黑色點(diǎn)。據(jù)此，我們引入1個(gè)閥值（threshold），和一個(gè)固定大小的窗口（window）。只要以某一點(diǎn)為中心的窗口內(nèi)，灰度值（gray value）之和超過(guò)這個(gè)閥值，我們就判定，該點(diǎn)屬于機(jī)器人。那么，我們從圖片的四個(gè)角開(kāi)始搜索，所搜索到的頭四個(gè)符合要求的點(diǎn)就是我們機(jī)器人的四個(gè)角。例如在圖3b中，四個(gè)角的像素坐標(biāo)分別是P1(534,1191),P2(567,1392),P3(711,1176),P4(732,1380)。得到了四個(gè)坐標(biāo)，再用上面提到的步驟3的算法，就可以算出，機(jī)器人在真實(shí)世界中的位置了。至此，算是基本解決了上面提到的技術(shù)問(wèn)題。
當(dāng)然，還有很多其他的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。例如，因?yàn)闄C(jī)器人是運(yùn)動(dòng)的，而背景，如筆跡，黑板則是基本靜止的。那么，我們?cè)谕坏攸c(diǎn)，不同時(shí)間拍下的照片，變化特別大的部分則是機(jī)器人所在的區(qū)域了。其實(shí)，在實(shí)際的項(xiàng)目過(guò)程中，會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題和麻煩，有的時(shí)候，只是因?yàn)橐恍](méi)辦法解決的小問(wèn)題，而不得不放棄很棒的創(chuàng)意。 謹(jǐn)用此文紀(jì)念一下進(jìn)行清潔機(jī)器人項(xiàng)目的時(shí)光。希望接下來(lái)能進(jìn)展順利，早點(diǎn)見(jiàn)到我們的機(jī)器人“聰明”的清掃黑板。
 照片描述：深夜依然畫(huà)圖試圖解決像素和空間位置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。
| 
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
