文档介绍：湖北工业大学
硕士学位论文
基于FPGA的小型组足球机器人视觉系统研究与设计
姓名:裴嘉政
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:廖家平
20100501
湖北工业大学硕士学位论文
摘要
机器人世界杯是一个世界性的机器人足球比赛,其鼓励人工智能及相关领域的
研究。而视觉系统作为足球机器人的主要感知设备,其性能的好坏对机器人性能
的发挥起着决定性作用。
随着机器视觉的作用越来越显著,人们对图像处理的研究越来越深入。由于小
型组足球机器人视觉系统对识别的准确性,实时性,以及对现场环境的适应性的
要求,使得它是一个很好的研究机器视觉的平台。
本项目的目的是开发一个供湖北工业大学的足球机器人队使用的视觉系统的
工作原型。因为现存的小型组足球机器人的视觉系统通常是利用计算机对摄入的
图像进行处理,计算机一边要进行图像的数据采集,一边要对图像进行各种算法
的处理,图像的处理所需的运算,大量的占用了 CPU 的时间,从而影响了识别响
应的实时性,并且由于足球机器人快速的运动和激烈的对抗,要求视频捕获频率
为 30 帧/秒,即必须在 16ms 内完成视觉信息处理、通讯、动作规划等一系列任务,
以形成下一周期的比赛策略,这对视觉系统的实时性提出了更高的要求,一些时
间复杂度高的算法和大量占用 CPU 时间的方法很难直接使用。因此本文提出了基
于 FPGA 的视觉系统。本文以 FPGA 为平台,使用 VHDL 硬件描述语言设计并实现了
一种基于 YCbCr 色彩空间的算法。该系统不仅满足了视觉系统对实时性、稳定性
和准确性的需求,还为系统提供了灵活性,可以根据需要对系统内部逻辑功能进
行配置。不仅如此,基于 FPGA 的视觉系统大大缩小了视觉系统的规模,更有助于
系统的稳定、携带和调试。
实验结果证明所设计的小型组足球机器人视觉系统满足了实时性、准确性、灵
活性和稳定性的要求,具有较好的应用前景。

关键词:YCbCr 色彩空间,目标识别,实时性,现场可编程门阵列(FPGA)
I
湖北工业大学硕士学位论文
Abstract
The RoboCup is an international robot petition, which encourages the
study of artificial intelligence and related fields. The er robot vision system as the
main perception equipment, its performance is good or bad performance of the robot to
play a decisive role to play.
With the growing role of machine vision significantly, people are more and more
in-depth study of image processing. As a small team league of er robot vision
system for recognition accuracy, real-time, as well as the adaptability of on-site
environmental requirements, making it a good platform for machine vision research.
The purpose of this project is to develop one for the Hubei University of
Technology team of er robots using a working prototype of the visual system.
Because the existing small group of er robot vision system is usually using
computer processing to conduct collection of the image data, it
processes various algorithms to image, image processing required puting a large
number of takes up CPU resources and time, thu