基于视频拼接的多智能体目标跟踪全局定位系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像视觉定位导航技术领域，特别是应用于多智能体仿真平台的基于视频拼接及目标跟踪算法的机器人全局定位技术。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工业控制系统复杂度的提高，传统的个体已经无法达到控制系统的要求，为了充分发挥个体功能，并通过协调控制多个个体完成复杂系统的有效控制，人们提出了多智能体系统。与此同时，各种多智能体追踪、围捕、编队等控制算法也应运而生，为了给多智能体理论研宄提供一个验证和应用的可操作的平台，多智能体仿真平台的搭建非常有必要，而多智能体仿真平台的定位研宄是搭建仿真平台的基础和进行复杂控制算法仿真的前提。
[0003]经过对现有文献的检索，在中国专利申请号为“201210080995.8”、名称为“一种利用双摄像头测距和定位的方法”中，该方法利用双摄像头测距确定待测物体上的该点到摄像头的距离，通过计算该点在以两个摄像头的中间点为原点的三维空间里各个方向的的距离确定其在空间里的位置实现定位。在中国专利申请号为“201210104561”、名称为“一种利用RFID标签的自动行走机器人定位导航方式”中，该发明公开了一种利用RFID标签的自动行走机器人定位导航方式，定位系统为纵线与横线组成的移动空间，纵线与横线交叉位置上安装RFID标签；导航系统为自动行走设备，其内部的RFID标签读取器接到工作指令后，通过其内的天线发送射频命令实现与RFID标签的操作，同时接收RFID标签返回的数据。在中国专利申请号为:200610096976，名称为:一种机器人导航定位系统及导航定位方法，该发明公开了一种机器人导航定位系统及导航定位方法。该系统包括无线传感器网络和机器人，将无线传感器网络节点布撒于监控区域，各节点通过自组网形成无线传感器网络，机器人根据无线传感器网络提供的位置和环境信息进行置信度判断和校正，进而进行环境建模、定位、路径规划和导航。
[0004]通过检索发现，现有技术中关于移动机器人的定位研宄很多，虽然都能实现移动机器人的定位，但定位精度不高，而且多为室外定位，无法在室内搭建的多智能体仿真平台上实现精确定位，不能满足人们要求。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种定位空间大、图像拼接准确性高且性能稳定、定位精度高的基于视频拼接的多智能体目标跟踪全局定位系统及方法。
[0006]为实现上述目的，采用了以下技术方案:
[0007]本发明提供了一种基于视频拼接的多智能体目标跟踪全局定位系统，所述定位系统包括移动机器人、图像采集模块、通信模块、算法处理模块和上位机；
[0008]所述移动机器人为履带式机器人，在车体上方固定安装带颜色的卡片，车体内安装具有串口转无线通信功能的模块；
[0009]所述图像采集模块，采用风后镜王USB2.0接口高清摄像头，至少三个摄像头依次安装在多智能体仿真平台正上方的水平支架上；
[0010]所述通信模块分别安装在上位机和移动机器人内，上位机与移动机器人之间通过通信模块进行无线信息传输；
[0011]所述算法处理模块包括视频拼接模块和Camshift目标跟踪模块；算法处理模块与上位机相连，通过上位机的VC++编程语言对算法处理模块进行控制；
[0012]图像采集模块通过USB数据线与上位机连接，在上位机中安装算法处理模块对图像采集模块获取的图像进行视频拼接处理并对目标进行跟踪，算法处理模块与机器人之间通过通信模块进行数据连接，上位机通过通信模块将目标的坐标信息传发至移动机器人进行定位。
[0013]进一步的，算法处理模块中的视频拼接模块是基于RANSAC算法的sift特征匹配，视频拼接模块对图像采集模块获取的图像进行视频拼接处理。
[0014]进一步的，算法处理模块中的Camshift目标跟踪模块对移动机器人车体上的卡片的颜色特征进行识别，在连续的帧图像中寻找目标位置和大小。
[0015]本发明提供了一种基于视频拼接的多智能体目标跟踪全局定位系统的定位方法，包括以下步骤:
[0016]I)置于多智能体仿真平台上方的多个USB摄像头分别采集其下方的平台图像信息，并将图像信息通过USB延长线发送至上位机供算法处理模块进行处理；
[0017]2)通过算法处理模块中的视频拼接模块对图像信息进行视频拼接，首先对获取的几幅图像提取sift特征点，所述sift特征点即是对旋转、尺度缩放、亮度变化等保持不变性Sift特征描述子，从具有共同部分的两幅图像提取共有的特征；
[0018]3)利用BBF搜索法进行粗匹配，获得粗匹配后的粗匹配对数和具体对应关系；
[0019]4)用RANSAC算法对所提取出来的sift特征点匹配对进行提纯和估计模型参数；
[0020]5)把两幅图像拼接成一幅完整的图像，并且用加权平均算法进行无缝拼接；
[0021]6)将获得的多智能体仿真平台全景图通过Camshift目标跟踪模块进行目标跟踪及定位，通过机器人车体上不同颜色的卡片来标定不同的移动机器人；
[0022]7)上位机将获得的移动机器人的坐标信息通过通信模块采用广播发送的方式发送给移动机器人，完成定位。
[0023]系统工作过程大致如下:
[0024]首先置于多智能体仿真平台正上方的多个USB摄像头分别采集其下方对应的平台图像信息，利用视频拼接算法将采集的图像信息进行拼接，获得多智能体仿真平台的全景图。然后利用Camshift目标跟踪算法进行目标跟踪定位，最后将获取的智能体位置信息通过广播发送给移动机器人，完成定位。
[0025]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0026]1、通过多个USB摄像头的视频拼接扩大了仿真平台定位区域，弥补了单个摄像头定位空间上的局限性；
[0027]2、拼接算法降低了图像拼接失败率，RANSAC算法大大提纯了正确的匹配对，极大地提高了视频拼接的正确性和稳定性；
[0028]3、Camshift目标跟踪排除了外界环境干扰等因素的影响，即使目标受到光照等外界因素的干扰时，依然能够完成对目标的跟踪；同时定位精度大大提高，误差在几个像素之内，为以后理论算法的仿真奠定了坚实的基础。
【附图说明】
[0029]图1是本发明系统的结构框图。
[0030]图2是本发明方法的工作流程图。
[0031]图3是本发明系统的结构简图。
[0032]附图标号:1_第一 USB接口高清摄像头、2-第二 USB接口高清摄像头、3-第三USB接口尚清摄像头、4-第一图像彳目息、5-第二图像彳目息、6-第二图像彳目息、7-移动机器人、8-上位机。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0034]如图1所示的本发明系统的结构框图中，本发明提供了一种基于视频拼接的多智能体目标跟踪全局定位系统，所述定位系统包括移动机器人、图像采集模块、通信模块、算法处理模块和上位机；
[0035]所述移动机器人为履带式机器人，在车体上方固定安装带颜色的卡片，通过车体上方固定的不同颜色的卡片来进行Camshift目标跟踪，车体具有Matchport b/g串口转无线通讯模块，可进行WIFI无线通讯。
[0036]所述图像采集模块，采用风后镜王USB2.0接口高清摄像头，至少三个摄像头依次安装在多智能体仿真平台正上方的水平支架上。
[0037]所述通信模块分别安装在上位机和移动机器人内，上位机与移动机器人之间通过通信模块进行无线信息传输。
[0038]所述算法处理模块包括视频拼接模块和Camshift目标跟踪模块；算法处理模块与上位机相连，通过上位机的VC++编程语言对算法处理模块进行控制；算法处理模块可以广