[发明专利]一种基于机器视觉的非接触式人机对弈控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的非接触式人机对弈控制方法及系统，该方法通过提出人手肤色检测、背景建模、背景差分和棋子位置检测相结合的象棋棋子运动检测方法，实现对棋盘无接触式的检测，获得棋子运动轨迹；该系统由普通中国象棋、uArm四自由度机械臂、吸盘、摄像头、光源以及控制单元构成，整个系统结构简单、操作简便，使得在人机对弈过程中，人在走完己方棋步后无需接触任何按键即可自动触发象棋机器人执行对应的对局棋步动作，实现非接触式的人机对弈，并且在相对复杂的环境下也有较好的稳定性。

技术领域

本发明属于机器视觉检测领域，特别涉及一种基于机器视觉的非接触式人机对弈控制方法及系统。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人的功能越来越丰富。当前，娱乐机器人之一的象棋机器人已成为机器人研究的重要方向。传统的象棋机器人在棋局识别定位方面通常以棋盘作为传感器来识别棋子，这种方法工作量大、场景布置复杂，造成了象棋机器人难以推广，同时，用于象棋机器人人机对弈的方法是通过添加外置传感器，或者增加外置按键作为触发装置。

经查阅相关文献，论文“智能型失误棋盘人机对弈象棋机器人的制作”(黄双，陈路，沈鑫，江兴方)中提出了结合物理学原理，通过磁场变化引起的电压变化来获取棋子移动信息；专利“一种基于实物棋盘人机对弈象棋机器人装置”(江兴方，徐瑞平，陈路等)给棋盘上的每个棋位添加霍尔元件，通过棋子移动带来的电平输出高低不同来获取棋子移动信息；专利“象棋机器人的棋盘识别装置”(林颖，庄剑毅)公开了在象棋棋位上添加电阻与相应的二极管、普通电阻等相关电子器件，通过棋子移动引起的电压电流变化来判断下棋的信息；专利“一种下棋机器人”(丛德宏，孙双福，常皓等)公开了通过添加传感器来记录棋子信息。但是都存在的不足之处具体体现在以下几个方面：

(1)象棋机器人系统中的棋盘或者棋子需要为特制材料，有了一定的局限性；

(2)象棋机器人系统中需要添加额外的传感器或者电子器件和电子线路，增加了系统复杂度和开发成本；

(3)象棋机器人人机对弈智能化程度不高。

发明内容

针对现有象棋机器人人机对弈存在的棋子读取问题，本发明提供了一种基于机器视觉的非接触式象棋机器人控制方法，实现非接触式的人机对弈功能，即：在无需人为干预人机对弈过程控制，实现从检测识别棋步信息到机械臂执行棋子移动的全自动控制过程。

一种基于机器视觉的非接触式人机对弈控制方法，包括以下步骤：

步骤1：构建象棋机器人图像采集单元；

所述图像采集单元包括平面光源和摄像头，将平面光源设置于棋盘一侧，摄像头设置于棋盘正上方，所述摄像头和平面光源均受控于象棋机器人的控制单元；

步骤2：利用图像采集单元实时采集的无人手皮肤的棋盘图像序列构建棋盘背景模型；

步骤3：基于棋盘背景模型，将实时采集的棋盘图像与前一帧棋盘判断图像对比，进行棋子运动检测；

步骤4：若检测到棋子发生运动，则利用两帧图像的差值，确定人脑方的棋子的运动位置，否则，采集下一帧棋盘图像，重复步骤3；

步骤5：将棋子的运动位置传输至象棋机器人控制单元，判断当前棋局是否结束，若结束，则输出当前棋局结束，否则，输出象棋机器人的下一步棋子运动轨迹指令，象棋机器人的手臂执行端依据棋子运动轨迹指令移动棋子，并采集下一组无人手皮肤的棋盘图像序列，重复步骤2，更新棋盘背景模型。

进一步地，所述棋盘背景模型的构建过程如下：

步骤2.1：利用图像采集单元连续采集20帧棋盘图像；