專利名稱：象棋開局擺棋系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對弈機器人系統(tǒng)中開局擺棋方法，該系統(tǒng)是基于SIFT算法的數(shù)字圖像識別技術(shù)實現(xiàn)棋子識別和定位擺棋的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前的象棋機器人在棋局的識別方面，基本采用兩種模式一種是以棋盤作為傳感器來識別棋子；一種是采用了機器視覺技術(shù)，采用視覺傳感器結(jié)合圖像處理技術(shù)來識別
棋盤和棋子。隨著機器視覺和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，機器視覺技術(shù)已經(jīng)逐步(取代)棋盤傳感器模式。圖像識別技術(shù)作為象棋機器人視覺識別和定位系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)技術(shù)之一，是目前象棋機器人視覺領(lǐng)域研究的前沿和熱點，該技術(shù)在象棋機器人棋子感知、棋子定位、搬運棋子行為等具體實踐中正得到越來越廣泛的應(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，提取位置，尺度，旋轉(zhuǎn)不變量。運用SIFT算法提取的SIFT特征點向量具有如下優(yōu)點SIFT特征是圖像的局部特征，對旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變化保持不變化性，對視角變化、仿射變換、噪音也保持一定程度的穩(wěn)定性；獨特性好，信息量豐富，適用于在海量特征數(shù)據(jù)庫中進行快速、準確的匹配；多量性，即使少數(shù)的幾個物體也可以產(chǎn)生大量SIFT特征向量。目前，象棋機器人視覺已經(jīng)應(yīng)用到下棋過程中，但在開局擺棋過程上，由于棋子放置位置的隨意性，還沒有見到有相關(guān)的開局擺棋專利系統(tǒng)。因此，目前的象棋機器人大都采用人工擺好棋子，然后才是機器人自己下期，這樣的象棋機器人的下期效率低，需要人為干預(yù)，不利于象棋機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，本發(fā)明的目的在于避免上述不足，提供一種基于改進SIFT算法的圖像識別技術(shù)的象棋機器人開局擺棋系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)象棋機器人的自主擺棋，不必人為干預(yù)，提高效率，大大降低匹配時間，真正實現(xiàn)象棋機器人的全自動下棋。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
一種象棋開局擺棋系統(tǒng)，包括機器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子(6)和棋盤(8)組成，其中機器人載體包括手臂機器人(I)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)、終端控制計算機(5)，必要時還要添加光源；圖像處理系統(tǒng)包括SIFT識別棋子程序和終端控制計算機(5);彩色攝像頭(2)固定在手臂機器人(I)上，彩色攝像頭(2 )通過數(shù)據(jù)傳輸線(3 )與終端控制計算機(5 )上的圖像數(shù)據(jù)采集卡(4)相連接?；赟IFT算法的數(shù)字圖像識別技術(shù)實現(xiàn)棋子識別和定位擺棋方法，它包含下列步驟(1)將機器人在初始位置對特定標示物景物進行圖像采集，得到含有特定標示物圖像的原始圖像；
(2)將獲得的特定標示物原始圖像進行處理，根據(jù)顏色區(qū)分雙方棋子；
(3)將獲得的特定標示物原始圖像進行灰度處理，得到特定標示物圖像的灰度圖片；
(4)運用SIFT算法對得到的待識別圖像進 行處理，識別圖片上的棋子；
(5)對識別出的棋子進行計算出其相對圖片上的坐標，再根據(jù)圖像坐標和實際坐標的關(guān)系，將其坐標轉(zhuǎn)換成實際坐標；
(6)將計算得計算出的棋子實際坐標發(fā)送到終端控制計算機，終端控制計算機控制機器人擺放棋子。所述的特定標示物是機器人在初始位置拍攝的圖像；
所述的SIFT算法為尺度不變特征變換算法。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果
1、本發(fā)明實現(xiàn)了象棋的開局擺棋的自動化，突破了以往象棋機器人不能自動擺棋的缺點，不需要人為擺棋的干預(yù)，實現(xiàn)了真正的擺棋自動化；
2、本發(fā)明利用視覺識別技術(shù)，不需要以傳感器作為識別手段，因此對棋盤和棋子沒有任何特殊要求，通用性強；
3、本發(fā)明利用SIFT算法，無需對包含特定標示物背景圖進行較精確的分割，只要特定標示物背景圖像中包括特定標示物的圖像即可；
4、本發(fā)明可對復(fù)雜背景、傾斜、形變、污濁、部分遮擋、光線變化的特定標示物進行有效識別；匹配時間短，非常適合象棋機器人下棋的實時性要求；
5、本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)可以方便的移植其他象棋機器人載體上，對象棋機器人的平臺沒有特殊要求，對環(huán)境的適應(yīng)性強、移動性強；
6、本發(fā)明利用圖像坐標和實際坐標的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)了象棋機器人視覺定位。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖
圖3為本發(fā)明基于SIFT算法的視覺識別、定位流程圖。
具體實施例方式由圖I示出基于SIFT算法的數(shù)字圖像識別技術(shù)實現(xiàn)棋子識別和定位擺棋的系統(tǒng)模塊，它包括三個模塊機器人載體I、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對機器人載體I模塊依賴性低，可以根據(jù)機器人的不同而移植過來。由圖2示出本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)連接示意圖，象棋開局擺棋系統(tǒng)包括機器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子6和棋盤8，其中機器人載體包括手臂機器人I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、終端控制計算機5，必要時還要添加光源；圖像處理系統(tǒng)包括SIFT識別棋子程序和終端控制計算機5 ;彩色攝像頭2固定在手臂機器人I上，彩色攝像頭2通過數(shù)據(jù)傳輸線3與終端控制計算機5上的圖像數(shù)據(jù)采集卡4相連接。
圖3為本發(fā)明基于SIFT算法(尺度不變特征變換算法)的視覺識別、定位流程圖，擺棋的主要步驟如下
(1)將機器人在初始位置對特定標示物景物進行圖像采集，得到含有特定標示物圖像的原始圖像；
(2)將獲得的特定標示物，即機器人在初始位置拍攝的原始圖像進行處理，根據(jù)象棋雙方棋子的顏色不同，首先通過顏色來區(qū)分雙方棋子；
(3)將獲得的特定標示物原始圖像進行灰度處理，得到特定標示物圖像的灰度圖片，因為SIFT算法只能識別灰度圖片，不能處理彩色圖片，同時為了提高實時性，所以進行灰度處理，將彩色圖片處理成灰度圖片；
(4)運用SIFT算法對得到的待識別圖像進行處理，通過檢測尺度空間極值點、精確定位極值點、為每個關(guān)鍵點指定方向參數(shù)及關(guān)鍵點描述棋子的生成這幾步之后，提取出對旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、亮度變化保持不變性SIFT特征向量，并存儲在計算機數(shù)據(jù)庫中，對目標圖片進行匹配處理，來識別圖片上的棋子；
(5)對識別出的棋子進行計算得出其相對圖片上的坐標，再根據(jù)圖像坐標和實際坐標的關(guān)系，將其坐標轉(zhuǎn)換成實際坐標，為機器人擺棋提供依據(jù)；
(6)將計算得出的棋子實際坐標發(fā)送到終端控制計算機，終端控制計算機控制機器人載體I的抓棋手爪7擺放棋子。在實際應(yīng)用中，能夠廣泛的應(yīng)用到象棋機器人中，實現(xiàn)象棋機器人的快速擺放棋子。同時本發(fā)明是以機器人的擺放棋子為平臺，實現(xiàn)圖像采集、處理、識別、定位等關(guān)鍵技術(shù)的融合，可以方便的擴展到各個應(yīng)用領(lǐng)域。具有很高的實用價值和商業(yè)價值。
權(quán)利要求
1.一種象棋開局擺棋系統(tǒng)，包括機器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子(6)和棋盤(8)組成，其中機器人載體包括手臂機器人(I)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)、終端控制計算機(5);圖像處理系統(tǒng)包括SIFT識別棋子程序和終端控制計算機(5);彩色攝像頭(2)固定在手臂機器人(I)上，彩色攝像頭(2 )通過數(shù)據(jù)傳輸線(3 )與終端控制計算機(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I所述的象棋開局擺棋系統(tǒng)，其特征在于圖像采集系統(tǒng)(2)加設(shè)光源。
3.一種象棋開局擺棋方法，主要步驟如下 (1)將機器人在初始位置對特定標示物景物進行圖像采集，得到含有特定標示物圖像的原始圖像； (2)對獲得的特定標示物原始圖像進行處理，根據(jù)顏色區(qū)分雙方棋子； (3)對獲得的特定標示物原始圖像進行灰度處理，得到特定標示物圖像的灰度圖片； (4)運用SIFT算法對得到的待識別圖像進行處理，識別出圖片上的棋子； (5)對識別出的棋子進行計算得出其相對圖片上的坐標，再根據(jù)圖像坐標和實際坐標的關(guān)系，將其坐標轉(zhuǎn)換成實際坐標； (6)將計算得出的棋子實際坐標發(fā)送到終端控制計算機，終端控制計算機控制機器人擺放棋子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的象棋開局擺棋方法，其特征在于所述的特定標示物是機器人在初始位置拍攝的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的象棋開局擺棋方法，其特征在于所述的SIFT算法為尺度不變特征變換算法。
全文摘要
一種象棋開局擺棋系統(tǒng)和方法，主要由機器人載體、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、棋子(6)和棋盤(8)組成，其中機器人載體包括手臂機器人(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)和終端計算機(5)，通過彩色攝像頭(2)采集圖像數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)傳輸線(3)將圖像信息傳輸?shù)桨惭b在計算機(5)上的圖像數(shù)據(jù)采集卡(4)上，圖像處理系統(tǒng)負責將采集到的圖像信息進行處理分析，根據(jù)顏色區(qū)分雙方棋子(6)，并作灰度處理，用SIFT算法識別棋子(6)，定位棋子(6)坐標，最終通過機器人控制抓棋手爪(7)擺放棋子(6)。本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化，可靠，針對不同的機器人載體，可以方便的安裝使用，使擺棋過程真正實現(xiàn)自動化。
文檔編號A63F3/02GK102729250SQ201110083750
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者劉占民, 劉淑晶, 劉進福, 孫丹, 朱萬輝, 段云濤, 王偉, 王殿君 申請人:北京石油化工學(xué)院