[发明专利]基于双目视觉和蚁群算法的捡乒乓球机器人运行方法及设备

权利要求书

1.一种基于双目视觉和蚁群算法的捡乒乓球机器人运行方法，其特征是，包括以下过程：

建立乒乓球训练场地的全局坐标系；

获取双目摄像机拍摄的场地中地面乒乓球散落情况的RGB图像，从RGB图像中检测出乒乓球并获得各乒乓球的坐标位置；

获取双目摄像机的深度数据，得到各乒乓球距离摄像机的距离；

根据各乒乓球的坐标位置和距离摄像机的距离，计算得到在全局坐标系下乒乓球的坐标点集；

对坐标点集使用蚁群算法进行最短遍历路径规划，得到初步的捡球路径；

从初步的捡球路径去除多次经过的乒乓球，得到没有冗余路线的路径；其具体包括以下过程：

根据初步的捡球路径，假设机器人移动从出发点移动到第1个目标乒乓球，

画出直线b₁、b₂与d₁、d₂，b₁、b₂平行于出发点和目标乒乓球两点的连线，并且与机器人在出发点的最小外接圆相切；直线d₁与两点连线方向垂直并与机器人在出发点的最小外接圆的尾部相切；直线d₂与两点连线方向垂直并与机器人在目标点的最小外接圆的头部相切；这四条线构成的矩形表示机器人从出发点到目标点扫过的区域，计算取得在四条线构成的矩形中的所有乒乓球坐标点，将这些点从坐标点集中删去，

然后将此目标点作为起始点，从初步的捡球路径中选取下一个目标点，进行上述同样的操作；以此类推，直到捡球路径上所有的点全部处理完毕，最终得到一条没有冗余路线的路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉和蚁群算法的捡乒乓球机器人运行方法，其特征是，从RGB图像中检测出乒乓球并获得各乒乓球的坐标位置的具体过程包括：

将RGB图像转换为HSV图像；

将HSV图像转成灰度图，进行高斯模糊；

使用canny算子进行轮廓检测，获得图中所有物体的轮廓；

使用霍夫圆变换检测图中的圆，即可检测出场地中的乒乓球，并计算得到所有乒乓球在图中的坐标位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉和蚁群算法的捡乒乓球机器人运行方法，其特征是，根据各乒乓球的坐标位置和距离摄像机的距离计算得到在全局坐标系下乒乓球的坐标点集包括以下过程：

将各乒乓球的坐标位置和距离摄像机的距离，转换到相机三维坐标系下，得到在相机三围坐标系下乒乓球的坐标点集；

再将乒乓球在相机三维坐标系下的坐标转换到机器人坐标系下；

最后将乒乓球在机器人坐标系下的坐标转换到全局坐标系下，得到在全局坐标系下乒乓球的坐标点集。

4.根据权利要求3所述的一种基于双目视觉和蚁群算法的捡乒乓球机器人运行方法，其特征是，将各乒乓球的坐标位置和距离摄像机的距离转换到相机三维坐标系下的过程包括：

建立相机三维坐标系XYZ、图像平面坐标系xy；

相机三围坐标系中点P(X，Y，Z)和图像平面坐标系中点p(x，y)两者的映射关系为：

其中，f为相机焦距，Z为从深度数据中获取的乒乓球的深度，x表示图像平面坐标系的x轴坐标，X表示相机三维坐标系中的X轴坐标；y表示图像平面坐标系中的y轴坐标，Y表示相机三维坐标系中的Y轴坐标；c_x为主点在x轴上的坐标，c_y为主点在y轴上的坐标，f_x为f在x轴上的像素量纲，f_y为f在y轴上的像素量纲；

各乒乓球的坐标位置为图像平面坐标系中坐标，距离摄像机的距离为相机坐标系中Z轴数值，根据上述公式计算得到乒乓球在相机坐标系中的三维坐标P(X，Y，Z)。