机械手解魔方（1） 两个摄像头方案

前言：

今年很荣幸的参加了首届高等教育创意机器人大赛的主题二，机械手解魔方这个项目，此次比赛可以说收获颇丰。见识到了其他高校的机械手系统，可以说是仰慕不已，当然了绝大多数，还是比较传统的，在此只讨论视觉采集的方案，随后介绍我们的视觉方案。 单摄像头：纵观全局，一般的队伍，采用的是单视觉正对魔方采集信息的方案，机械手轮着切换面来识别每个面的颜色，这样不用说过程就比较耗时间。 双摄像头：看了很多的队伍，双摄采用的方案就是，两个摄像头成90度摆放，采集信息，这种方法可以同时采集两个面信息，然而实时上还是需要经过较多的面转换才可以获得全部的面信息。 三摄像头：在比赛中，也看到有几个队，三个工业摄像头同时采集（可以说很有钱，电脑也很好，我总共也就3个USB接口，难道不插串口了吗，当然了靠硬件总是很有优势的，全场硬件好的可以飞天，当然了有些队伍硬件一般做的效果也不错），三摄像头的布局就是上面对边一个，侧面各两个，这样机械手后面动两次把下端两面上去就OK，机械手的加持魔方的色块会导致颜色无法识别，所以侧面两个摄像头读取了8个块而已，在翻转后机械手加持的面还是那两个面，但是加持的位置已经变了，所以两次综合读取就可以获得侧面信息。才用这种方案的原因是因为他们的硬件系统导致的。当然也是非常高效的方案。

接下来我的方案可以说是相比他们具有一定优势。

先上一张待完成品的图片：

从上图中可以看出，我们采用的是上下双摄像头对棱边采集面信息，这样做就可以同时采集四个面信息，而且机械手只要90度反转一次就可以获得全部面信息。相比三个摄像头，该种方法都具有一定的优势。 缺点：该种方法对硬件的准确性和稳定性要求较高，可是。。。这本身就是对机械要求很高的比赛。 采集的原理参考 : 点击打开链接 实质原理是一样的 从上图也可以看出，我们采用的是上下强光源照射，这样的好处就是可以降低摄像头的曝光，提高摄像头帧率，最最关键的是它可以在一定程度上降低外界光线的影响。当然了还需给他加一个类似灯罩的东西是光线柔和均匀，避免局部过强过弱。

对于信息块的采集，可以采用RGB熵或者HSV的方式，经过验证，两种方法都是可行，一定程度上，都对光线变化具有适应作用。对于颜色的区分，我们采用的是较为传统的方式，一位得力队友说采用KNN的方式来进行分类。个人认为，都是可行，没有必要把事情弄的复杂了。 色彩块信息的定位，一开始为了考虑到机械的误差问题。。。我们先提取色彩块，然后框选色彩块，在依据色彩块是否在坐标区域内来判定是那个位置的信息。 这样的优点是对机械容错性很高，面较正的略微有问题都是可以读取正确的。具体效果就是： 点击打开链接 ，从图中也可以看出是框选了的。具体算法这里就不献丑了。 事实上，如果机械这点容错性都达不到，魔方更本无法解完。所以这是在一个错误的认识上去完善一样东西，导致事情更复杂。。。。不过，对自己的锻炼也是很好的。在比赛的前一天，临时修改了这种方法，直接是在区域中心读取，简单方便。

以下是我们的软件界面：

从图中可以看出我们通过区域框选矫正获取信息，在矫正面上以固定的方式采集信息。事实上，我们的框是动态的，具体实现可以看 点击打开链接。 以下是摄像头参数调节界面：