多智能机器人群体中跟随者视觉系统的设计

邹海洋

摘要：视觉系统是我们感知外部世界的重要途径，我们同外界的交流中，大约有70%信息是通过视觉系统实现的，要使机器人具有智能化的功能，视觉系统是必不可少的。在现实生活的灾难中，如何在有效的72小时的黄金时间内，利用机器人群体的智能化来实现灾难损失和伤害的最小化。人类视觉系统为我们提供了启示，人类视觉系统具有强大的数据筛选功能，如果把视觉系统引入到多智能机器人群体中，会对机器人实现真正的智能化提供了较好的理论及现实意义。

关键词： 多智能体；视觉系统；跟随者；定位

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）06-0189-02

The Design on Visual System of Follower in the Group of Multi Intelligent Robots

ZOU Hai-yang

（College of Computer in China West Normal University，Nanchong 637000， China）

Abstract： The vision system is an important approach to Perceive the outside world for us。It makes robot with intelligent functions and the visual system is essential ， it is about 70% information to achieved through the visual system. In the real life of disaster， how to use in effectively 72 hours of gold times and make intelligent robot groups to achieve disaster to minimize damage and injury .The visual system has provided us with inspiration， it has a powerful data filtering capabilities， if the vision system is introduced into the group of multi intelligent robots， it provides a better theoretical and practical significance to realize the real intelligence about robots.

Key words： multi-agent； vision systems； follower； positioning

1 视觉系统总体概述

我们感知外界往往通过个人的视觉、触觉、听觉、嗅觉等感觉器官，其中视觉是感觉器官中最主要的，我们所接触的外界的绝大部分信息是通过视觉系统。人们应用视觉系统，同物体建立相互的作用，来完成复杂的任务和各种动作。人类视觉系统具有强大的数据筛选功能，在我们的感知信息中70%以上都来源于视觉系统[5]，我们可以通过视觉系统轻易的从大量的数据信息中识别出我们所需的目标。现实生活中灾难的多样性和复杂性正以指数的形式增加，如何在有效的72小时的黄金时间内，实现灾难损失和伤害的最小化。成为我们研究的一个方向。把视觉系统引入到多智能机器人群体中，为我们的研究提供了借鉴和启发。我们可以模拟人的视觉系统，使机器人具有视觉感知功能，这样更有利于机器人群体对于未知环境的感知。因此， 多智能机器人群体视觉系统的设计具有较高的理论价值和应用前景。

对于多智能机器人群体视觉系统设计主要应用于以下三个领域：视觉检验、视觉导引、和移动机器人的视觉导航三类。

1）视觉检验：代替人应用于产品的检测和安检等领域。

2）视觉导引：通过对外界物体的模式识别来确定物体在二维或三维空间内的位置和方向，利用人工智能来完成分类、搬运或装配等相应的任务。

3）视觉导航：通过视觉系统，使多智能机器人群体获得当前环境的三维信息，在相应的编队控制策略下，安全到达指定的地址。

随着科学技术的不断更新，多智能机器人的应用越来越广泛，尤其是视觉系统，它已经被应用到众多领域，如： 工业、农业、航空航天、危险物品的搬运、灾难的救援等方面。

2 视觉系统的设计过程

多智能机器人群体编队控制策略中我们对机器人采用的是基于领航-跟随者的控制策略，这更有利于机器人群体能以我们设定的队形来完成搜索救援工作。视觉系统的设计中信息之间的传递和处理都是由群体中的各体来完成，但随着机器人智能化的高度发展，要处理的信息量势必会大大增加。基于此点考虑，在算法的设计过程中，我们把机器人分成领航机器人和跟随机器人两大类。对于领航机器人我们采取多目视觉系统；跟随者机器人，我们采用了单目视觉系统。

在设计机器人时，从空间和应用两个相矛盾的方面综合考虑后，我们设计的机器人结构要简单，运行速度要快，机器人群体间通信的数据链要尽量的少，通信速度越快越好。为此在设计中我们可以把机器人群体中跟随者机器人的视觉系统设计成单目视觉系统，单目视觉系统中跟随者机器人身上只有一个的摄像机，用来获得图像信息，通过一定的算法来实现目标的识别和定位，它的优点是：结构简单、处理速度快。出于对智能化的要求，结合实际，我们把领航机器人的视觉系统设计成多目视觉系统[2]，可以通过调整每个视觉单元的动态投影矩阵来实现精确的立体定位。

在视觉系统过程中主要包括图像的采集、处理、对目标物体的跟踪及定位。对于人类来说很容易就能做到对物体的定位、跟踪及边缘检测等相应的工作。我们在早期模拟人的视觉系统采用的是静态“Look And Move”方式，随着计算机图形处理技术的飞速发展，出现了视觉注意机制，视觉注意机制是指人的眼睛能快速识别出实时变化环境中的物体，总能忽略掉不相关的信息，视觉注意机制为机器人视觉系统提供了重要的借鉴。由于单目视觉系统主要是通过处理二维图像获得信息，因此对目标的定位效率不是很好，为了精确定位，结合算法，我们把领航者机器人视觉系统设计成多目系统。

1）图像的采集和处理：我们一般对所采取的图像进行压缩、噪声滤波、边缘提取、图像分割等处理，通过对人类视觉系统的模拟，进行相应的操作。

2）对目标物体的定位：在跟随机器人的设计中，我们主要是通过对二维平面的视觉搜索定位，算法对图像进行重构和分析，以此来确定目标在原来图像中的位置，利用坐標转换机制得到物体在空间中的真实位置。

3）对目标物体的跟踪：我们主要是通过对连续图像的分析，从而得到移动物体的移动轨迹，引导机器人去实现相应的操作。

4 我们的期望和不足

视觉系统是我们感知外部世界的重要途径，我们同外界的交流中，大约有70%是通过视觉系统实现的，要使机器人具有智能化的功能。视觉系统是必不可少的，在现实生活中多智能机器人已经被广泛地应用于众多的领域，对多智能体机器人群体具有很好的实用价值。在课题中由于时间和精力有限，还有很多方面需要改进。1）在课题中我们在基于领航—跟随者控制策略中，我们只设计了跟随者的视觉系统。2）在算法中，由于空间和通信链的原因，我们只能设计单目视觉系统，同人眼的双目成像还有一定的差距。因此对于算法还需要进一步完善，希望我的课题研究能为机器人视觉系统的智能化设计提供一种借鉴。

参考文献：

[1] 朱木健.基于服务机器人视觉系统的设计[D]. 重庆：重庆大学，2006.

[2] 李造.多工业机器人系统中多级协作视觉系统的设计[D].杭州 ：浙江大学，2008.

[3] 李荣华.面向机器人跟踪的视觉注意模型与应用研究[D]. 大连：大连理工大学，2011.

[4]Wolfe J M，T.5.Horowitz.Opinion：What attributes guide the deployment of visual attention and how do they do it[J].Nature Neuro seienee，2004（5）：l-7.

[5] 冈萨雷斯.伍兹数字图像处理[M]. 阮秋琦，译. 北京 ：北京电子工业出版社，2006.