[发明专利]一种基于视觉的轮式移动机器人快速目标跟踪方法

权利要求书

1.一种基于视觉的轮式移动机器人快速目标跟踪方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤(1)：启动摄像头实时采集图像，对每一帧图像先进行灰度化、高斯滤波，将物体表面的纹理模糊化，然后应用霍夫圆变换，检测灰度图像中的圆形目标；

步骤(2)：将步骤(1)中检测出的圆形目标定为待选目标，再通过颜色特性从待选目标中筛选出符合目标物体颜色的圆形目标；

步骤(3)：获取步骤(2)中符合目标物体颜色的圆形目标在图像上的圆心坐标值以及半径，将分割线实时显示在监控图像上以确认所述圆形目标是否被准确识别；

步骤(4)：将步骤(3)中所得的圆心坐标值及半径代入坐标变换器，得到当前目标与轮式移动机器人本体之间的位姿差；

坐标变换器用于将图像坐标转化为空间坐标，即单目测距，在单目测距时需满足以下假设条件：球形目标在地面任意方向滚动都能引起形心在图像中的变化，此假设条件限定了摄像头安装的位置必须在Z＝0平面以外，同时也保证了矩阵(r₁ r₂ t)的可逆性；将步骤(3)中所得的圆心坐标值代入以下方程：

其中，s是比例因子，(uv)是目标形心在图像上的坐标值，是摄像头的可逆内参矩阵，是摄像头的外参旋转矩阵，是摄像头的外参平移向量，(X，Y，Z)是球形目标形心在世界坐标系下的坐标，由于圆球在平面滚动时Z值不变，所以令Z＝0，R＝(r₁r₂ r₃)，得到以下方程：

；

步骤(5)：根据步骤(4)中的位姿差，采用环状运动跟踪目标，并确定轮式机器人环状运动的半径，进而确定轮式机器人左右轮的速度比，给出实际所需的左右轮速，控制机器人带动摄像头跟踪目标。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的轮式移动机器人快速目标跟踪方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，将形状作为首要特征，再将颜色作为检验特征。

3.根据权利要求1所述的基于视觉的轮式移动机器人快速目标跟踪方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，还包括在执行任务之前的颜色学习：将摄像头所得的BGR图像转化为YUV模型，对U、V两个分量做直方图，来确定目标物体的U、V阈值。

4.根据权利要求1所述的基于视觉的轮式移动机器人快速目标跟踪方法，其特征在于，在所述步骤(5)中所设计的环状运动，令机器人以(r，0)为圆心，|r|为半径做环状运动，r满足：

其中(X，Y)是球形目标形心在世界坐标系下的坐标，l是完成跟踪任务时质心与目标的距离。

5.根据权利要求4所述的基于视觉的轮式移动机器人快速目标跟踪方法，其特征在于，在所述步骤(5)中左右轮的速度(v_l，v_r)比为：

其中，d是两轮距离的一半。