臺灣博碩士論文加值系統

本研究提出一多項式實距估測法，並將此估測法直接應用於一機器人之視覺系統。由於搭載於機器人之攝影機，會因攝影機與拍攝面之高度與傾斜角，而使回傳至使用者端之影像產生變形，並且影像上兩像素間與所對應之實距關係亦非線性。為使使用者可簡單地直接於回傳影像上選擇機器人欲移動之目標距離，因此本研究提出，將回傳影像加以分割為數個區塊，並針對每個區塊以多項式的方法，來估測影像上兩像素間所對應之實際距離，並進一步藉此控制機器人之移動。由實驗可知，使用者可直接於回傳影像上點觸任兩點像素，而此多項式實距估測法，即可快速且正確的估算出實境中所對應之實際距離，並計算出機器人移動所需之參考數據。

This thesis proposed a polynomial real-distance estimation used for the visual systems of robots. Due to the factors of heights and titled angles between the camera and ground, the feedback images from the robot-end are distorted. The distances presented in the images can’t be linearly corresponded to the distances of reality. In order to control the robot directly by the feedback images, the images were separated to several blocks and each block was characterized by a polynomial used to estimate the real distance between two pixel-points. A user interface was also implemented to transfer the estimated real distances to control demands of the robot. As demonstrated in experimental results, users can choose two pixel-points on the feedback image, and the proposed method of polynomials can efficiently and correctly estimate the real distances.

目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
第二章 研究方法 3
2.1 機器人之驅動與電路設計 3
2.2多項式實距估測方法 7
2.3 使用者操作介面 17
第三章 實驗結果 19
3.1多項式估測方法的實驗步驟 19
3.2 實驗結果 21
3.3直接於回傳影像上控制之實距估測 25
第四章 結論 35
參考文獻 36
附件 38

 
表目錄
表 2.1機器人端硬體元件規格表 6
表 3.1拍攝角度"φ = 0°" ，於測試線H3及V3之實距與估測值比較 22
表 3.2拍攝角度"φ = 45°" ，於測試線H3及V3之實距與估測值比較 23
表 3.3拍攝角度"φ = 60°" ，於測試線H3及V3之實距與估測值比較 24
表 3.4 H1~H5、V1~V5多項式α、β值 26
表 3.5 H1~H5、V1~V5多項式α、β值 30
 
圖目錄
圖 2.1四足仿甲蟲步態機器人外觀，機器人之(a)第一層架構之底部，(b)第一層架構之上部，(c)第二層架構。(d)、(e)裝上無線攝影機後之整體外觀。 5
圖 2.2透過攝影機回傳至電腦之實驗網格圖（紅色線段為影像中央）。V1~V5為影像中垂直網格，V3為影像中央；H1~H5為影像中水平網格，H3為影像中央。 8
圖 2.3攝影機與拍攝面垂直示意圖。(a)側視圖，(b)立體圖，(c)實際圖。 9
圖 2.4攝影機與拍攝面非垂直示意圖。(a)側視圖，(b)立體圖，(c)實際圖。 10
圖 2.5當拍攝角度為垂直時"φ= 0°" ，(a)攝影機回傳影像，V1~V5為垂直網格；H1~H5為水平網格。(b)其不同拍攝高度對應不同之實際長度示意圖。 13
圖 2.6當拍攝角度為非垂直("φ ≠ 0°" )時之示意圖。 15
圖 2.7非垂直拍攝影像 16
圖 2.8使用者介面 17
圖 3.1 V1~V5及H1~H5為10個不同測試位置 20
圖 3.2於φ=0°的情況下，(a)(b)水平兩點之間之實距估測，高度為25.5公分。 27
圖 3.3於φ=0°的情況下，(a)(b)垂直兩點之間之實距估測，高度為25.5公分。 28
圖 3.4於φ=0°的情況下，(a)(b)斜線兩點之間之實距估測，高度為25.5公分。 29
圖 3.5於φ=45°的情況下，(a)(b)水平兩點之間之實距估測，高度為25.5公分。 31
圖 3.6於φ=45°的情況下，(a)(b)垂直兩點之間之實距估測，高度為25.5公分。 32
圖 3.7於φ=45°的情況下，(a)(b)斜線兩點之間之實距估測，高度為25.5公分。 33

[1]Ming-Chih Lu, Wei-Yen Wang and Chun-Yen Chu, “ Image-Based Distance and Area Measuring Systems, ” IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 6, NO. 2, April 2006, pp. 495 - 503.
[2]Ming-Chih Lu, Chen-Chien Hsu, and Yin-Yu Lu, “ Image-Based System for Measuring Objects on an Oblique Plane and Its Applications in 2-D Localization, ” IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 12, NO. 6, June 2012, pp. 2249 - 2261.
[3]Chen-Chien Hsu, Wei-Yen Wang, Yin-Yu Lu and Ming-Chi Lu, “ Image-based system for measuring objects on an oblique surface, ” INSTRUMENTATION and MEASUREMENT TECHONLOGY CONFERENCE (I2MTC), May 2010, Austin, TX, pp. 313 - 317.
[4]Carl Christian Liebe and Keith Coste, “ Distance Measurement Utilizing Image-Based Triangulation, ” IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 13, NO. 1, January 2013, pp. 234 - 244.
[5]Chen-Chien James Hsu, Ming-Chih Lu and Yin-Yu Lu, “ Distance and Angle Measurement of Objects on an Oblique Plane Based on Pixel Number Variation of CCD Images, ” IEEE TRANSACTIONS on INSTRUMENTATION and MEASUREMENT, VOL. 60, NO. 5, May 2011, pp. 1779 - 1794.
[6]Ming-Chih Lu, Chen-Chien Hsu and Yin-Yu Lu, “ Distance and angle measurement of distant objects on an oblique plane based on pixel variation of CCD image, ” INSTRUMENTATION and MEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE (I2MTC), May 2010, Austin, TX, pp. 318 - 322.
[7]易志孝, 賴古梵, “ Image-Based 3-Dimensional Localization and Its Realization on SOPC, ” 淡江大學電機工程學系機器人工程碩士論文, 六月 2011.
[8]Wei-Yen Wang, Ming-Chih Lu, Hung Lin Kao and Chun-Yen Chu, “ Nighttime Vehicle Distance Measuring Systems, ” IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS—II: EXPRESS BRIEFS, VOL. 54, NO. 1, January 2007, pp. 81 - 85.
[9]Ming-Chih Lu , Tsai, C.-P. ; Cheng-Pei Tsai ; Yin Yu Lu , Wei-Yen Wang , Chen-Chien Hsu, “ A practical nighttime vehicle distance alarm system, ” IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE on SYSTEMS, MAN and CYBERNETICS, Oct. 2008, Singapore, pp. 3000 - 3005.