基于计算机视觉原理的自主足球机器人位置计算

1 前言

计算机视觉系统是目前人工智能研究最重要的工具, 也是自主足球机器人的主要研究内容之一。
其内容包括根据一幅或多幅视平面图像计算出视点到目标物体的距离、目标物体的运动参数、以及目标物体的表面特性等。比赛时球场及一些规划线的距离及相对位置是固定的, 而机器人和足球则不停地运动, 具有自主功能的足球机器人如何根据自带的微型摄像拍摄的图像进行分析, 得到有关参数是控制和决策成功的关键。在引入了计算机视觉系统后, 该问题就变成了根据视平面上某些参考点的坐标, 通过分析已知条件, 建立相应的数学模型, 求出空间平面足球场所在的平面上运动点足球
及机器人的坐标参数。

2 空间坐标系

2.1 空间坐标的几何关系

在左手系的三维笛卡尔坐标系中, 取 OXYZ 为成正实像的投影变换坐标系, 即将视平面的位置与光心(空间坐标系的原点)的位置对调。得到空间坐标系如图1所示：

 视平面上点P（x,y)与空间对应的点P（x,y,z)之间的关系 如下：

；

 其中 f 为摄像机光心到视平面之间的距离, 通常为一己知定值。如果空间的点P（x,y,z)所在的平
面的方程为