圖1（清潔機器人的傳動結(jié)構(gòu)草圖）
自從周二考完MT（醫(yī)療技術(shù)）以后，就開始忙著繼續(xù)清潔機器人的項目。
經(jīng)過2天的忙碌，基本上算是解決了機器人的定位問題。經(jīng)過這段時間的實踐，慢慢的有了點小小體會。下面結(jié)合一下這2天的進度，進行個小總結(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)問題都最終可以轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題加以解決。
通常的步驟是：
步驟1，通過傳感器，將實際的物理或化學(xué)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
步驟2，對步驟1中所獲得的數(shù)字信號，根據(jù)物理特征的數(shù)學(xué)含義進行數(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)合這幾個小時做的一點嘗試，做個簡單介紹：
技術(shù)問題的描述：
圖2（機器人定位示意圖） 我們的機器人系統(tǒng)分為兩部分，一部分是如圖1所示的機器人主體，里面包括自主運動單元，清潔單元和通信單元，另一部分就是面對黑板的視覺部分，包括通信單元和視覺單元。如圖2所示，為視覺單元中的攝像頭拍攝下的圖片。其中黑板上有三個黑圈的白紙代表我們的小機器人（其中單獨黑圈的方向為機器人的頭部，即前進方向。）�，F(xiàn)在，我們要通過這樣的圖片，來識別出機器人，求出機器人所在的空間位置，再將此空間位置通過通信單元發(fā)給機器人主體，以實現(xiàn)機器人的自主運動的控制。
所以，問題的關(guān)鍵是機器人的識別和定位。在上個學(xué)期的最后一段時間，已經(jīng)解決了圖片像素和實際物理空間坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換問題。也就是說，我只要知道了圖片中某一點的像素，那我就知道，該像素所對應(yīng)的點，在實際的3D物理空間中的位置。這涉及到計算機視覺最主要的任務(wù)，3D場景重建。不過我們用了個比較取巧的方法，用8個已知像素及物理空間對應(yīng)關(guān)系的點來求圖片中任意一點的空間位置。這里相當(dāng)于解決了上面所述的3個步驟中的步驟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)在我們要解決的問題就是：如何從圖2中識別出，哪一部分是機器人。即，得到機器人的像素坐標(biāo)。這就是所述的步驟2。 對步驟1中所獲得的數(shù)字信號（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，機器人在視覺/光學(xué)上有什么樣的特征？ 通過觀察圖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，但多為細長的線條，幾乎沒有大片相同顏色的圖案出現(xiàn)。所以如果我們將機器人設(shè)計成為，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。那我們可以讓機器人采用黑色的上表面顏色。 這樣我們就只需要過濾掉顏色淺的部分，和細的線段就可以得到干凈的幾乎只剩下機器人的圖片了。 圖3a（原始圖片） 圖3b（經(jīng)過處理后的圖片） 如圖3所示，是經(jīng)過一些處理步驟前后的圖片對比。可以看的出來，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，機器人上的點有這樣的特性，是黑色的，且周邊有大片黑色點。據(jù)此，我們引入1個閥值（threshold），和一個固定大小的窗口（window）。只要以某一點為中心的窗口內(nèi)，灰度值（gray value）之和超過這個閥值，我們就判定，該點屬于機器人。那么，我們從圖片的四個角開始搜索，所搜索到的頭四個符合要求的點就是我們機器人的四個角。例如在圖3b中，四個角的像素坐標(biāo)分別是P1(534,1191),P2(567,1392),P3(711,1176),P4(732,1380)。得到了四個坐標(biāo)，再用上面提到的步驟3的算法，就可以算出，機器人在真實世界中的位置了。至此，算是基本解決了上面提到的技術(shù)問題。
當(dāng)然，還有很多其他的方法來解決這個問題。例如，因為機器人是運動的，而背景，如筆跡，黑板則是基本靜止的。那么，我們在同一地點，不同時間拍下的照片，變化特別大的部分則是機器人所在的區(qū)域了。其實，在實際的項目過程中，會遇到各種各樣的問題和麻煩，有的時候，只是因為一些沒辦法解決的小問題，而不得不放棄很棒的創(chuàng)意。 謹(jǐn)用此文紀(jì)念一下進行清潔機器人項目的時光。希望接下來能進展順利，早點見到我們的機器人“聰明”的清掃黑板。
 照片描述：深夜依然畫圖試圖解決像素和空間位置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。
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