基于雙計算機的仿人機器人的視覺(jué)跟蹤系統

　　主程序模塊與一般的Linux應用程序沒(méi)有區別，它主要有以下幾個(gè)功能：與信息處理系統通訊;向實(shí)時(shí)任務(wù)傳送控制參數;實(shí)現人機交互，即將從實(shí)時(shí)任務(wù)傳過(guò)來(lái)的電機轉動(dòng)數據和傳感器數據輸出到監視器上，同時(shí)將通過(guò)鍵盤(pán)輸入的控制信號，實(shí)際上主程序模塊主要實(shí)現控制臺的作用，可以稱(chēng)之為控制臺程序。

　　3.3運動(dòng)控制過(guò)程
　　跟蹤系統的控制目標是:根據圖像處理獲取的目標質(zhì)心在圖像平面中的位置,實(shí)時(shí)調整機器人頭部的2個(gè)電機轉動(dòng)角度,將目標置于圖像平面的中央位置。運動(dòng)控制系統中一個(gè)控制循環(huán)大約需要3毫秒的時(shí)間。在信息處理系統中，處理一幀圖像平均需要100毫秒左右的時(shí)間。由此可見(jiàn)，視覺(jué)處理的周期要遠遠大于運動(dòng)控制的周期。因此在一個(gè)視覺(jué)處理周期之后，系統應該做好下一個(gè)視覺(jué)處理周期之內的運動(dòng)規劃，也就是做好后面多個(gè)控制周期之內的運動(dòng)規劃，這樣才能保證機器人的頭部以均勻、平緩，同時(shí)又是準確的速度來(lái)跟蹤目標。

　　4 實(shí)驗
　　在仿人機器人BHR1中，信息處理計算機的CPU為PⅣ2.4GHz,內存為512MB，運動(dòng)控制計算機的CPU為PIII700MHz,內存為256MB。SVS系統的采集速度為15幀每秒，采集圖像的大小為320×240像素。Memolink采用PCI接口，最大傳輸速率為1M bytes/s或1M words/s。

　　4.1 復雜背景下運動(dòng)目標的跟蹤。
　　在運動(dòng)物體跟蹤實(shí)驗中，紅色小球作為目標在機器人的視野中做單擺運動(dòng)。為了驗證基于多圖像信息的目標識別算法，背景中放置了紅色的方塊和一個(gè)綠色的小球。實(shí)驗結果如圖5所示，第一行圖像是實(shí)驗場(chǎng)景，第二行圖像是左攝像頭的視頻序列，結果表明彩色目標運動(dòng)速度小于0.3m/s時(shí)，機器人頭部仍可以很好地跟蹤目標的運動(dòng)，并使其始終位于左側攝像機所采集到圖像的中央位置。在復雜的非結構環(huán)境的室內背景下，利用單一的圖像信息，系統很可能會(huì )跟蹤失敗。相同背景下，單一的顏色信息不能將紅色的小球和背景中的紅色方塊區分開(kāi)來(lái)。

圖 5 復雜背景下彩色目標跟蹤實(shí)驗

　　圖6顯示了紅色小球運動(dòng)狀態(tài)時(shí)的跟蹤過(guò)程，圖中的數據為實(shí)際數據的1/10抽樣?？梢钥闯?，在X軸方向上，目標質(zhì)心坐標到圖像中心的偏差在±30個(gè)像素以?xún)?，在y軸方向上，目標質(zhì)心坐標到圖像中心的偏差在±20個(gè)像素內。實(shí)驗說(shuō)明在物體的運動(dòng)過(guò)程中，跟蹤系統能夠實(shí)時(shí)跟蹤物體并將物體的質(zhì)心保持在左眼攝像機的中心。

圖6 目標在X、Y方向上的跟蹤誤差（像素）

　　5 結論

　　本文提出了基于Memolink通訊的雙計算機的仿人機器人的視覺(jué)跟蹤系統，系統能夠滿(mǎn)足仿人機器人實(shí)時(shí)視覺(jué)跟蹤的性能要求。

　　在未知的復雜環(huán)境中，基于深度、顏色和模版匹配的多圖像信息融合方案確保機器人穩定的從視頻序列中分割出運動(dòng)目標。

　　本文作者的創(chuàng )新點(diǎn)
　　本文提出并實(shí)現了一種基于MemoLink通訊的雙計算機的視覺(jué)跟蹤系統， 一臺計算機負責視頻信息的處理，另一臺計算機負責機器人頭部的運動(dòng)控制，實(shí)現了仿人機器人頭部對運動(dòng)目標的實(shí)時(shí)跟蹤。本文提出了一種集成深度、顏色和形狀信息的逐步逼近目標區域的快速目標分割方法，實(shí)現了復雜背景下目標物體的穩定分割。