专利名称：基于颜色识别的机器人追踪方法
技术领域：
本发明属于机器人领域，尤其是一种适用机器人导航的基于颜色识别的机器人追
踪方法。
背景技术：
随着计算机技术和数字图像处理硬件的发展，基于视觉的导航方式在机器人导航中得到广泛的关注。相对于传统的导轨导航、基于传感器数据导航、卫星导航等方式，视觉导航更加灵活、更加简便，而且成本低廉。然而通过机器人的视觉进行导航，需要对图像进行色系编码转换、颜色分割、滤波等处理过程，其算法复杂、运算量大，需要耗费大量的系统资源，降低了机器人运动的实时性。因此，对于基于视觉的机器人追踪系统的实时性提出了更高的要求，迫切需要一种方便快捷、实时性高的追踪算法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实时性高、算法简单、运算量小且适用于特定环境下机器人导航的基于颜色识别的机器人追踪方法。本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种基于颜色识别的机器人追踪方法，包括以下步骤步骤1 利用机器人上安装的摄像头抓取一幅图像；步骤2 对抓取的图像进行分析并得到特定颜色物体的位置坐标；步骤3 根据特定颜色物体的位置坐标生成控制命令并控制机器人动作，循环执行步骤1至步骤3，直至机器人与特定颜色物体的距离小于设定值时，机器人停止运动。而且，所述特定颜色物体为红色物体、绿色物体或蓝色物体。而且，所述步骤2包括以下处理过程(1)将RGB色彩编码转换为YUV色彩编码；(2)根据特定颜色物体的颜色，找到特定颜色物体的边缘位置乂231，￥2、￥1，进而得到特定颜色物体在该图像中的位置坐标(Χ2-Χ1)/2，(Υ2-Υ1)/2。而且，所述步骤3根据特定颜色物体的位置坐标生成控制命令包括以下处理过程(1)将一幅图像在X轴方向上划分为左侧区域、前侧区域和右侧区域；(2)如果特定颜色物体的位置坐标位于图像的右侧区域，则生成向右旋转的控制命令；如果特定颜色物体的位置坐标位于左侧区域，则机器人生成向左旋转的控制命令； 否则，特定颜色物体的位置坐标位于前侧区域，则机器人生成向前运动的控制命令。而且，所述的左侧区域、前侧区域和右侧区域在图像X轴方向上的比例为7/16、 1/8、7/16。本发明的优点和积极效果是本发明采用基于颜色识别的导航追踪方式，利用摄像头抓取图像并对抓取的图像进行简单的分析处理即可实现，解决了传统视觉导航方式存在的算法复杂、运算量大并消耗了大量的系统资源的问题，同时克服了导轨导航方式需要安装导轨且受场地限制的问题，也克服了传感器导航方式需要使用大量传感器且需要对传感器进行大量的测试修正参数存在的周期长、工作量大的问题，具有算法简单、运算量小、实时性强且对系统资源占用小等特点。另外，本发明对于机器人只需增加一个摄像头模块即可实现，不需要其它硬件设备，相比于其它导航方式，其结构简单、成本低廉，可广泛用于具有摄像头的机器人系统，特别适用于特定场合下对于特定颜色物体的追踪。
图1是本发明的处理流程图；图2是本发明的图像划分的区域示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。一种基于颜色识别的机器人追踪方法，如图1，包括以下步骤步骤1、利用机器人上安装的摄像头抓取一幅图像。本步骤利用机器人上安装的摄像头对摄像头前方进行拍照并抓取图像，该图像的分辨率可以根据实际需求情况进行设置，分辨率越高，导航精度也越高，但对硬件的要求也越高，运算量也越大。下面以USOxlOM分辨率的图像进行说明。步骤2、对抓取的图像进行分析并得到特定颜色物体的位置坐标。特定颜色物体可以为红色物体、绿色物体和蓝色物体，也就是说，本追踪方法可以对红色物体、绿色物体和蓝色物体进行追踪导航。本步骤具体包括以下处理过程(1)将RGB色彩编码转换为YUV色彩编码由于一般摄像头采集的图像都是均采用RGB色彩编码，因此，需要按照以下转换关系将RGB色彩编码方式转换成YUV色彩编码方式Y = O. 299*R+0. 587*G+0. 114*B ；U = -0. 147*R-0. 289*G+0. 436*B = 0. 492*(B-Y)；V = O. 615*R-0. 515*G_0. 100*B = 0. 877* (R-Y)；(2)根据所要追踪物体颜色的范围，找到特定颜色物体的边缘位置X2、X1，Y2、Y1， 进而得到特定颜色物体在该图像视野里的位置坐标为(Χ2-Χ1)/2，(Υ2-Υ1)/2，上式中，XI、 X2为物体的映像在图像中左右边缘的坐标，YU Y2为物体的映像在图像中上下边缘的坐标。为了找到特定颜色物体的边缘位置，需要事先设定所要追踪物体的颜色范围。其中，红色物体颜色范围为ymin = 75, ymax = 225 ；umin = 100，umax = 150 ；vmin =175，vmax = 250 ；绿色物体颜色范围
ymin[ix] = 25，ymax[ix] = 45 ；
umin[ix] = 65, umax[ix] = 85 ；vmin [ix] = 15，vmax [ix] = 35 ；蓝色物体颜色范围ymin [ix] = 55，ymax [ix] = 65 ；umin[ix] = 175, umax[ix] = 185 ；vmin[ix] = 95, vmax[ix] = 105。步骤3、根据特定颜色物体的位置坐标生成控制命令并控制机器人动作。(1)为了对机器人进行导航处理，需要将一幅图像在图像X轴方向上，即横向上划分为左侧区域、前侧区域、右侧区域，如图2所示。左侧区域、前侧区域、右侧区域在图像X轴方向(横向)上的比例为7/16、1/8、7/16，以1280x1024分辨率的图像为例，则左侧区域、 前侧区域、右侧区域分别为1至560 (大小为56)，前侧区域为561至720 (大小为160)，右侧区域为721至1280 (大小为560)。(2)根据特定颜色物体的位置坐标生成控制命令并执行如果位置坐标 (X2-XD/2 > 720，则说明特定颜色物体的位置坐标位于图像的右侧区域，即生成向右旋转的控制命令，控制机器人向右旋转时间Tl，然后跳转到步骤1 ；如果(Χ2-Χ1)/2 < 560，则说明特定颜色物体的位置坐标位于图像的左侧区域，则机器人生成向左旋转的控制命令， 控制机器人向左旋转时间Tl，然后跳转到步骤1 ；否则，特定颜色物体的位置坐标位于前侧区域，则机器人生成向前运动的控制命令，控制机器人向前运动时间T2，然后通过比较 (X2-X1)与设定值χ的大小来大致判断物体与机器人的距离，如果(X2-X1) <设定值X，则说明机器人与物体在危险距离以外，可以继续前行，然后跳转到步骤1，否则，机器人停止前行。在本实施例中，Tl取值为50ms-70ms ；T2取值为0. 8s_l. 2s,时间Tl，T2关系到机器人在动作后，目标物是否在所需区域内，具体取值根据实际情况可在上述规定范围内设置。通过上述步骤即可实现基于颜色识别的机器人追踪功能。本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式
中所述的实施例。凡是根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种基于颜色识别的机器人追踪方法，其特征在于包括以下步骤步骤1 利用机器人上安装的摄像头抓取一幅图像；步骤2 对抓取的图像进行分析并得到特定颜色物体的位置坐标；步骤3 根据特定颜色物体的位置坐标生成控制命令并控制机器人动作，循环执行步骤1至步骤3，直至机器人与特定颜色物体的距离小于设定值时，机器人停止运动。
2.根据权利要求1所述的基于颜色识别的机器人追踪方法，其特征在于所述特定颜色物体为红色物体、绿色物体或蓝色物体。
3.根据权利要求1所述的基于颜色识别的机器人追踪方法，其特征在于所述步骤2 包括以下处理过程(1)将RGB色彩编码转换为YUV色彩编码；(2)根据特定颜色物体的颜色，找到特定颜色物体的边缘位置X2、X1，Y2、Y1，进而得到特定颜色物体在该图像中的位置坐标(Χ2-Χ1)/2，(Υ2-Υ1)/2。
4.根据权利要求1所述的基于颜色识别的机器人追踪方法，其特征在于所述步骤3 根据特定颜色物体的位置坐标生成控制命令包括以下处理过程(1)将一幅图像在X轴方向上划分为左侧区域、前侧区域和右侧区域；(2)如果特定颜色物体的位置坐标位于图像的右侧区域，则生成向右旋转的控制命令； 如果特定颜色物体的位置坐标位于左侧区域，则机器人生成向左旋转的控制命令；否则，特定颜色物体的位置坐标位于前侧区域，则机器人生成向前运动的控制命令。
5.根据权利要求4所述的基于颜色识别的机器人追踪方法，其特征在于所述的左侧区域、前侧区域和右侧区域在图像X轴方向上的比例为7/16、1/8、7/16。
全文摘要
本发明涉及一种基于颜色识别的机器人追踪方法，包括以下步骤步骤1利用机器人上安装的摄像头抓取一幅图像；步骤2对抓取的图像进行分析并得到特定颜色物体的位置坐标；步骤3根据特定颜色物体的位置坐标生成控制命令并控制机器人动作，循环执行步骤1至步骤3，直至机器人与特定颜色物体的距离小于设定值时，机器人停止运动。本发明设计合理，采用基于颜色识别的导航追踪方式，利用摄像头抓取图像并对抓取的图像进行简单的分析处理即可实现，解决了传统视觉导航方式存在的算法复杂、运算量大并消耗了大量的系统资源的问题，具有算法简单、运算量小、实时性强且对系统资源占用小等特点。
文档编号B25J9/16GK102431034SQ201110259748
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者刘国涛, 庞毅, 张静, 高强 申请人:天津理工大学