机器人视觉系统是机器视觉系统在机器人上的特定应用,它是机器人系统的重要组成部分,实现类似于人眼的功能。本文的研究对象是FIRA 2004中亮相的大场地足球机器人视觉子系统,针对该比赛项目中场地大,参赛的机器人数目多所产生的问题,对大场地的足球机器人视觉系统进行了研究设计。首先,介绍了足球机器人视觉子系统的组成原理和组成部件,从而构建了大场地足球机器人视觉系统的硬件组成。采用双摄像头同时采集图像,满足了采集图像视野及辨识图像分辨率的要求,并可避免产生球的死区。采用多机并行处理模式来实现双摄像头的图像采集,结果显示满足大数据量图像处理的要求。其次,针对大场地中光照强度严重不均的情况,对颜色模型理论进行了深入研究,并着重分析比较了RGB,YUV和HSI颜色模型的特性,构造了基于HSI模型的RGB颜色信息库,进行彩色图像分割,同时解决了光照强度不均和识别实时性两项需求。第三,对短焦广角成像系统的图像畸变校正进行了深入研究。概述了摄像机的成像模型、畸变模型和畸变校正方法,并在此基础上采用基于牛顿迭代的校正方法对大场地足球机器人比赛的场地图像进行了校正,提高了机器人及球的定位精度要求。深入的讨论了实现多机并行的核心技术—实时数据通信,并对处于两摄像头重合部分的机器人或球进行了信息融合,得到其单一位姿信息。第四,对大场地足球机器人视觉系统的色标设计进行了探讨。详细讨论了本系统中先后采用的两个色标设计方案—圆心与条形色标设计的优缺点。圆心色标方案在机器人中心点的辨识精确性上有更大的优势,它的位置与角度信息准确性高,但是需要5种颜色识别11个小车。而条形色标只用3种颜色即可表示11个机器人,并可通过确定矩形的长轴方向计算出机器人的方向角,但是精确度不如圆形色标,但是在系统误差允许的情况下,也能够很好地达到色标设计的目的。最后,采用VC++6.0编程实现大场地足球机器人视觉系统的人机交互界面,并对基于HSI的RGB颜色查找表构造、图像的多项式畸变校正、色标的识别算法,以及实时数据通信做了编程实现。