專利名稱：一種象棋開局?jǐn)[棋系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)弈機(jī)器人系統(tǒng)中基于SIFT算法的數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)棋子識(shí)別和定位擺棋的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的象棋機(jī)器人在棋局的識(shí)別方面，基本采用兩種模式一種是以棋盤作為傳感器來(lái)識(shí)別棋子；一種是采用了機(jī)器視覺技術(shù)，采用視覺傳感器結(jié)合圖像處理技術(shù)來(lái)識(shí)別棋盤和棋子。隨著機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)已經(jīng)逐步(取代)棋盤傳感器模式。圖像識(shí)別技術(shù)作為象棋機(jī)器人視覺識(shí)別和定位系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)之一，是目前象棋機(jī)器人視覺領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)，該技術(shù)在象棋機(jī)器人棋子感知、棋子定位、搬運(yùn)棋子行為等具體實(shí)踐中正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其圖像匹配算法-SIFT算法也逐漸被人們所采用。SIFT算法是一種提取局部特征的算法，在尺度空間尋找極值點(diǎn)，提取位置，尺度， 旋轉(zhuǎn)不變量。運(yùn)用SIFT算法提取的SIFT特征點(diǎn)向量具有如下優(yōu)點(diǎn)SIFT特征是圖像的局部特征，對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變化保持不變化性，對(duì)視角變化、仿射變換、噪音也保持一定程度的穩(wěn)定性；獨(dú)特性好，信息量豐富，適用于在海量特征數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的匹配；多量性，即使少數(shù)的幾個(gè)物體也可以產(chǎn)生大量SIFT特征向量。目前，象棋機(jī)器人視覺已經(jīng)應(yīng)用到下棋過(guò)程中，但在開局?jǐn)[棋過(guò)程上，由于棋子放置位置的隨意性，還沒有見到有相關(guān)的開局?jǐn)[棋專利系統(tǒng)。因此，目前的象棋機(jī)器人大都采用人工擺好棋子，然后才是機(jī)器人自己下期，這樣的象棋機(jī)器人的下期效率低，需要人為干預(yù)，不利于象棋機(jī)器人的通用性和推廣。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)背景技術(shù)所述，本實(shí)用新型的目的在于避免上述不足，提供一種基于改進(jìn) SIFT算法的圖像識(shí)別技術(shù)的象棋機(jī)器人開局?jǐn)[棋系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)象棋機(jī)器人的自主擺棋，不必人為干預(yù)，提高效率，大大降低匹配時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)象棋機(jī)器人的全自動(dòng)下棋。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種象棋開局?jǐn)[棋系統(tǒng)，包括機(jī)器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子(6) 和棋盤(8)組成，其中機(jī)器人載體包括手臂機(jī)器人(1)和抓棋手爪(7);圖像采集系統(tǒng)包括彩色攝像頭(2)、數(shù)據(jù)傳輸線(3)、圖像數(shù)據(jù)采集卡(4)、終端控制計(jì)算機(jī)(5)，必要時(shí)還要添加光源；圖像處理系統(tǒng)包括SIFT識(shí)別棋子程序和終端控制計(jì)算機(jī)(5);彩色攝像頭(2)固定在手臂機(jī)器人(1)上，彩色攝像頭(2 )通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(3 )與終端控制計(jì)算機(jī)(5 )上的圖像數(shù)據(jù)采集卡(4)相連接。由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果1、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了象棋的開局?jǐn)[棋的自動(dòng)化，突破了以往象棋機(jī)器人不能自動(dòng)擺棋的缺點(diǎn)，不需要人為擺棋的干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了真正的擺棋自動(dòng)化；2、本實(shí)用新型利用視覺識(shí)別技術(shù)，不需要以傳感器作為識(shí)別手段，因此對(duì)棋盤和棋子沒有任何特殊要求，通用性強(qiáng)；3、本實(shí)用新型利用SIFT算法，無(wú)需對(duì)包含特定標(biāo)示物背景圖進(jìn)行較精確的分割， 只要特定標(biāo)示物背景圖像中包括特定標(biāo)示物的圖像即可；4、本實(shí)用新型可對(duì)復(fù)雜背景、傾斜、形變、污濁、部分遮擋、光線變化的特定標(biāo)示物進(jìn)行有效識(shí)別；匹配時(shí)間短，非常適合象棋機(jī)器人下棋的實(shí)時(shí)性要求；5、本實(shí)用新型的圖像采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)可以方便的移植其他象棋機(jī)器人載體上，對(duì)象棋機(jī)器人的平臺(tái)沒有特殊要求，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)、移動(dòng)性強(qiáng)；6、本實(shí)用新型利用圖像坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了象棋機(jī)器人視覺定位。

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖1示出基于SIFT算法的數(shù)字圖像識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)棋子識(shí)別和定位擺棋的系統(tǒng)模塊，它包括三個(gè)模塊機(jī)器人載體1、圖像采集系統(tǒng)2和圖像處理系統(tǒng)3。圖像采集系統(tǒng)2 和圖像處理系統(tǒng)3對(duì)機(jī)器人載體1模塊依賴性低，可以根據(jù)機(jī)器人的不同而移植過(guò)來(lái)。由圖2示出本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖，象棋開局?jǐn)[棋系統(tǒng)包括機(jī)器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子6和棋盤8，其中機(jī)器人載體包括手臂機(jī)器人1和抓棋手爪7 ；圖像采集系統(tǒng)包括彩色攝像頭2、數(shù)據(jù)傳輸線3、圖像數(shù)據(jù)采集卡4、終端控制計(jì)算機(jī)5，必要時(shí)還要添加光源；圖像處理系統(tǒng)包括SIFT識(shí)別棋子程序和終端控制計(jì)算機(jī)5 ； 彩色攝像頭2固定在手臂機(jī)器人1上，彩色攝像頭2通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線3與終端控制計(jì)算機(jī) 5上的圖像數(shù)據(jù)采集卡4相連接。本實(shí)用新型基于SIFT算法(尺度不變特征變換算法)的視覺識(shí)別、定位流程圖，擺棋的主要步驟如下(1)將機(jī)器人在初始位置對(duì)特定標(biāo)示物景物進(jìn)行圖像采集，得到含有特定標(biāo)示物圖像的原始圖像；(2)將獲得的特定標(biāo)示物，即機(jī)器人在初始位置拍攝的原始圖像進(jìn)行處理，根據(jù)象棋雙方棋子的顏色不同，首先通過(guò)顏色來(lái)區(qū)分雙方棋子；(3)將獲得的特定標(biāo)示物原始圖像進(jìn)行灰度處理，得到特定標(biāo)示物圖像的灰度圖片，因?yàn)镾IFT算法只能識(shí)別灰度圖片，不能處理彩色圖片，同時(shí)為了提高實(shí)時(shí)性，所以進(jìn)行灰度處理，將彩色圖片處理成灰度圖片；(4)運(yùn)用SIFT算法對(duì)得到的待識(shí)別圖像進(jìn)行處理，通過(guò)檢測(cè)尺度空間極值點(diǎn)、精確定位極值點(diǎn)、為每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)指定方向參數(shù)及關(guān)鍵點(diǎn)描述棋子的生成這幾步之后，提取出對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變化保持不變性SIFT特征向量，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)目標(biāo)圖片進(jìn)行匹配處理，來(lái)識(shí)別圖片上的棋子；[0025](5)對(duì)識(shí)別出的棋子進(jìn)行計(jì)算得出其相對(duì)圖片上的坐標(biāo)，再根據(jù)圖像坐標(biāo)和實(shí)際坐標(biāo)的關(guān)系，將其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成實(shí)際坐標(biāo)，為機(jī)器人擺棋提供依據(jù)；(6)將計(jì)算得出的棋子實(shí)際坐標(biāo)發(fā)送到終端控制計(jì)算機(jī)，終端控制計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人載體1的抓棋手爪7擺放棋子。
權(quán)利要求1.一種象棋開局?jǐn)[棋系統(tǒng)，包括機(jī)器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子(6) 和棋盤(8)組成，其中機(jī)器人載體包括手臂機(jī)器人(1)和抓棋手爪(7);圖像采集系統(tǒng)包括彩色攝像頭(2)、數(shù)據(jù)傳輸線(3)、圖像數(shù)據(jù)采集卡(4)、終端控制計(jì)算機(jī)(5)；圖像處理系統(tǒng)包括SIFT識(shí)別棋子程序和終端控制計(jì)算機(jī)(5);彩色攝像頭(2)固定在手臂機(jī)器人(1)上， 彩色攝像頭(2 )通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(3 )與終端控制計(jì)算機(jī)(5 )上的圖像數(shù)據(jù)采集卡(4 )相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的象棋開局?jǐn)[棋系統(tǒng)，其特征在于圖像采集系統(tǒng)(2)加設(shè)光源。
專利摘要一種象棋開局?jǐn)[棋系統(tǒng)，主要由機(jī)器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子(6)和棋盤(8)組成，其中機(jī)器人載體包括手臂機(jī)器人(1)和抓棋手爪(7)；圖像采集系統(tǒng)包括彩色攝像頭(2)、數(shù)據(jù)傳輸線(3)、圖像數(shù)據(jù)采集卡(4)和終端計(jì)算機(jī)(5)，通過(guò)彩色攝像頭(2)采集圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(3)將圖像信息傳輸?shù)桨惭b在計(jì)算機(jī)(5)上的圖像數(shù)據(jù)采集卡(4)上，圖像處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將采集到的圖像信息進(jìn)行處理分析，根據(jù)顏色區(qū)分雙方棋子(6)，并作灰度處理，用SIFT算法識(shí)別棋子(6)，定位棋子(6)坐標(biāo)，最終通過(guò)機(jī)器人控制抓棋手爪(7)擺放棋子(6)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化，可靠，針對(duì)不同的機(jī)器人載體，可以方便的安裝使用，使擺棋過(guò)程真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
文檔編號(hào)B25J9/16GK202028163SQ201120095860
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者喬陽(yáng), 馮玉倩, 劉占民, 劉淑晶, 唐路璐, 唐鵬, 王偉, 王殿君, 高鵬 申請(qǐng)人:北京石油化工學(xué)院