教育型機器人之視覺功能實現

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：24

、訪客IP：3.15.149.24

姓名

魏昱婷(Yu-ting Wei) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

教育型機器人之視覺功能實現

相關論文

★ 直接甲醇燃料電池混合供電系統之控制研究	★ 利用折射率檢測法在水耕植物之水質檢測研究
★ DSP主控之模型車自動導控系統	★ 旋轉式倒單擺動作控制之再設計
★ 高速公路上下匝道燈號之模糊控制決策	★ 模糊集合之模糊度探討
★ 雙質量彈簧連結系統運動控制性能之再改良	★ 桌上曲棍球之影像視覺系統
★ 桌上曲棍球之機器人攻防控制	★ 模型直昇機姿態控制
★ 模糊控制系統的穩定性分析及設計	★ 門禁監控即時辨識系統
★ 桌上曲棍球：人與機械手對打	★ 麻將牌辨識系統
★ 相關誤差神經網路之應用於輻射量測植被和土壤含水量	★ 三節式機器人之站立控制

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本論文的主要目標為將影像處理與辨識的技術以及雙眼視覺測距應用並實現於互動型教育機器人，使機器人擁有互動與教學的功能。本視覺系統是使用雙攝影機作為輸入裝置，攝影機位置為機器人頭的雙眼，並以一台筆記型個人電腦來作為影像處理中樞。攝影機擷取出的影像畫面，針對不同的目標物使用相對應的影像處理，把目標物的特徵擷取出後，並以此影像特徵來進行影像辨識處理或雙眼視覺測距，再將計算出的目標物三維空間座標，傳遞給機器人，讓機器人可以達成以下互動與教學的功能：1) 模仿使用者人臉表情及上肢姿態; 2) 算術教學，讓使用者與機器人能夠進行算術的出題與解答之互動; 3) 英文單字教學，由使用者拿取不同的圖卡，使機器人拼出圖卡代表的英文單字。4)頭部追蹤色球並以手碰觸。由實驗結果可知，機器人均能有效成功展示以上提到的功能。

摘要(英)

The thesis proposes the techniques of image processing, pattern recognition, and binocular vision distance measure for an interactive educational robot so that teaching and learning can be performed between human and the robot. The robot has two cameras as its two eyes to capture the image and a laptop computer is the center to do the image process and 3D distance measure from the feature of the target so that the robot can achieve teaching, learning, and other interactive motions. Those motions include 1) imitating the user’s facial expressions and upper limb posture, 2) teaching users to solve arithmetic questions, 3) recognizing different pictures and spelling the corresponding English words, and 4) tracking and touching a color ball. According to a series of experiences, the robot can complete the above performance successfully.

關鍵字(中)

★ 影像處理
★ 人臉辨識
★ 座標轉換

關鍵字(英)

★ image processing
★ face recognition
★ coordinate transformation

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2文獻回顧 2
1.3論文目標 5
1.4論文架構 5
第二章系統架構與軟硬體介紹 6
2.1 系統架構介紹 7
2.2 硬體端介紹 7
2.3 電腦端介紹 10
第三章影像處理、辨識與語音功能 12
3.1 影像前處理 12
3.1.1 色彩空間模型 12
3.1.2 二值化處理 15
3.1.3 影像形態學處理 16
3.1.4 連通物件標籤法 17
3.2 人臉表情辨識 19
3.2.1 人臉辨識 20
3.2.2 眼睛與嘴巴辨識 22
3.3 上肢動作辨識 24
3.3.1 前景擷取 25
3.3.2 上肢動作辨識 26
3.4 算術運算辨識 27
3.4.1 數字與數學運算符號辨識 28
3.4.2 算術運算 36
3.5 圖卡辨識建立字母資料庫 37
3.6 數字與字母方塊辨識 39
3.7 色球辨識 49
3.8 語音功能 52
第四章雙眼視覺測距 53
4.1 雙眼視覺測距前準備工作 54
4.1.1 攝影機參數調整 54
4.1.2亮度矯正 55
4.2 雙眼視覺測距 56
4.3 座標系統轉換 61
第五章實驗成果 64
5.1 實驗場景介紹 64
5.2 功能一，模仿上肢與臉部動作 65
5.3 功能二，算術互動教學 66
5.4 功能三，英文互動教學 68
5.5 功能四，追蹤及碰觸色球 70
第六章結論與未來展望 73
6.1 結論 73
6.2 未來展望 73
參考文獻 76

參考文獻

[1] 方國意 (王明智教授指導)，基於特徵自動定位之人臉表情辨識系統實現，國立成功大學工程科學系碩士論文，2009年7月。
[2] C. C. Hsieh and M. K. Jiang, “A Facial Expression Classification System based on Active Shape Model and Support Vector Machine,” in Proceedings of 2011 International Symposium on Computer Science and Society, Jul. 2011, pp. 311-314.
[3] 徐茂翔 (黃登淵教授指導)，人臉偵測與基於鑑別性特徵之超暗人臉辨識，大葉大學電機工程學系碩士論文，2011年6月。
[4] Y. Zhao, X. Shen, N. D. Georganas, and E. M. Petriu, “Part-based PCA for Facial Feature Extraction and Classification,” in Proceedings of IEEE International Workshop on Haptic Audio visual Environments and Games, Nov. 2009, pp. 99-104.
[5] K. Lee, C. Lee, S.A. Kim, and Y. H. Kim, “Fast Object Detection Based on Color Histograms and Local Binary Patterns,” in Proceedings of IEEE International Workshop on Haptic Audio visual Environments and Games, Nov. 2012, pp. 1-4.
[6] L. He, H. Wang, and H. Zhang, “Object Detection by Parts Using Appearance, Structural and Shape Features,” in Proceedings of IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, Aug. 2011, pp. 489-494.
[7] 呂心韻 (黃胤傳教授指導)，借用多重物件辨識對影像做自動註解，國立雲林科技大學資訊工程學系碩士論文，2010年6月。
[8] 邱舶軒 (廖怡欽教授指導)，使用去均值影像之物件分割方法，南華大學資訊管理學系碩士論文，2007年6月。
[9] W. L. Zhao and C. W. Ngo, “Flip-Invariant SIFT for Copy and Object Detection,” IEEE Transactions on Image Processing, vol. 22, no. 3, pp. 980-991, 2013.
[10] 賴俊良 (鄭銘揚教授指導)，移動目標物視覺偵測與追蹤研究，國立成功大學電機工學系碩士論文，2006年7月。
[11] H. Pan, Y. Zhu, S.Xia, and K. Qin, “Improved Generic Categorical Object Detection Fusing Depth Cue with 2D Appearance and Shape Features,” in Proceedings of IEEE 2012 21st International Conference on Pattern Recognition, Aug. 2012, pp. 489-494.
[12] W. S. Zheng, S. Gong, and T. Xiang, “Quantifying and Transferring Contextual Information in Object Detection,” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 34, no. 4, pp. 762-777, 2012.
[13] C. F. Juang and G. C. Chen, “A TS Fuzzy System Learned Through a Support Vector Machine in Principal Component Space for Real-Time Object Detection,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 8, pp. 3309-3320, 2012.
[14] C. Guodong, Z. Xia, R. Sun, Z. Wang, Z. Ren, and L. Sun, “A Learning Algorithm for Model based Object Detection,” in Proceedings of IEEE 2011 8th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence, Nov. 2011, pp. 101-106.
[15] 徐百寬 (王明智教授指導)，影片中字幕偵測、追蹤及切割方法之研究，國立成功大學工程科學研究所碩士論文，2001年6月。
[16] 李祐昇 (李瑞庭教授指導)，利用小波專換自動偵測影像中的文字，國立臺灣大學資訊管理學研究所碩士論文，2001年6月。
[17] Y. Y. Huang and M. Y. Chen, “3D Object Model Recovery from 2D Images Utilizing Corner Detection,” in Proceedings of IEEE 2011 International Conference on System Science and Engineering, Jun. 2011, pp. 76-81.
[18] L. Su, C. Luo, and F. Zhu, “Obtaining Obstacle Information by an Omnidirectional Stereo Vision System,” in Proceedings of IEEE 2006 IEEE International Conference on Information Acquisition, Aug. 2006, pp. 48-52.
[19] G. Toulminet, M. Bertozzi, S. Mousset, A. Bensrhair, and A. Broggi, “Vehicle Detection by Means of Stereo Vision-Based Obstacles Features Extraction and Monocular Pattern Analysis,” IEEE Transactions on Image Processing, vol. 15, no. 8, pp. 2364-2375, 2006.
[20] C. Caraffi, S. Cattani, and P. Grisleri, “Off-Road Path and Obstacle Detection Using Decision Networks and Stereo Vision,” IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 8, no. 4, pp. 607-618, 2007.
[21] Y. Seok Heo, K. M. Lee, and S. U. Lee “Joint Depth Map and Color Consistency Estimation for Stereo Images with Different Illuminations and Cameras,” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 35, no. 5, pp. 1094-1106, 2013.
[22] 徐啟勝 (王文俊教授指導)，基於雙眼視覺之物件位置偵測及計算，國立中央大學電機工程學系碩士論文，2011年6月。
[23] 維基百科網站-RGB色彩空間，2012年11月
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E5%8E%9F%E8%89%B2%E5%85%89%E6%A8%A1%E5%BC%8F
[24] L. Su, C. Luo, and F. Zhu, “Explicit Image Detection using YCbCr Space Color Model as Skin Detection,” in Proceedings of Applications of Mathematics and Computer Engineering, Jan. 2011, pp. 123-128.
[25] R. C. Gonzalez and R. E. Woods, Digital Image Processing, Prentice Hall, 2002.
[26] 維基百科網站-HSL和HSV色彩空間，2012年11月
https://zh.wikipedia.org/wiki/HSL%E5%92%8CHSV%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%97%B4
[27] 張宸銘 (張元翔教授指導)，應用視訊之自動化手勢軌跡追蹤系統，中原大學資訊工程學系碩士論文，2009年7月。
[28] L. D. Stefano and A. Bulgarelli, “A Simple and Efﬁcient Connected Components Labeling Algorithm,” in Proceedings of IEEE International Conference on Image Analysis and Processing, Sep. 1999, pp. 322-327.
[29] P. Viola and M. Jones, “Robust Real-Time Face Detetion,” International Journal of Computer Vision, vol. 57, no. 2, pp. 137-154, 2004.
[30] Z. Xing, J. Pei, and P. S. Yu, “Early Prediction on Time Series: A Nearest Neighbor Approach,” in Proceedings of the 21st International Joint Conference on Artificial Intelligence, Jul. 2009, pp. 1297-1302.
[31] 林濰（王文俊教授指導），教育型機器人之機構設計與控制，國立中央大學電機工程學系碩士論文，2013年6月。
[32] G. K. V. Noorden and Emilio C. Campos, Binocular Vision and Ocular Motility：theory and management of strabismus, 6th, Elsevier Science Health Science div, 2001.

指導教授

王文俊(Wen-june Wang)

審核日期

2013-7-11

推文