CN108230238A - 机器人人脸素描系统及其绘图方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人技术领域，涉及一种机器人人脸素描系统，包括：网络摄像头，连接网络摄像头的图像处理单元，连接图像处理单元的坐标转换单元，连接坐标转换单元的计算机，由计算机控制的SCARA机器人，由计算机控制的画笔固定机构，位于SCARA机器人的画笔固定机构上，用于固定画笔。本发明可将人像处理成简单的轮廓图案再进行绘制，利用成本较低的网络摄像头和SCARA机器人，更灵活、高效地绘制脸部特征，更加实用。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人人脸素描系统及其绘图方法。
背景技术
现有技术中，机器人人脸素描过程为：待绘画者站立或端坐在相机前方，相机完成对待绘画者人脸图像的获取，获取的图像经过处理提取人脸轮廓，提取后的轮廓经过轨迹规划发送给机器人控制器，完成机器人人脸肖像的绘制。
在欧洲则有德国机器人实验室使用六轴工业机器人做人脸素描的展示。在中国，新松机器人自动化股份有限公司的机器人视觉实验室使用近红外技术获取人脸轮廓，并应用六轴工业机器人成功绘制出肖像画。但是两者都使用六轴工业机器人、且使用到工业相机和光源，导致系统组成成本较高。
因此，有必要提供一种新的系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种机器人人脸素描系统及其绘图方法。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种机器人人脸素描系统，包括：
网络摄像头，用于采集人脸图像，并将采集到的图像传递给图像处理单元；
连接网络摄像头的图像处理单元，对人脸图像进行处理，提取面部细节并生成像素坐标信息；
连接图像处理单元的坐标转换单元，提取像素坐标信息，转换成为SCARA机器人可以运行的轨迹信息；
连接坐标转换单元的计算机，获取轨迹信息按轨迹段落发送给SCARA机器人；
由计算机控制的SCARA机器人，根据计算机发送的轨迹段落，进行绘制；
SCARA机器人包括机械臂和位于机械臂末端的画笔固定机构。
具体的，所述机器人人脸素描系统还包括由计算机控制的画纸固定机构，画纸固定机构位于画笔固定机构的下方。
应用机器人人脸素描系统的绘图方法，包括如下步骤：
S1、网络摄像头采集人脸图像；
S2、图像处理单元将采集到的图像转化为只反映色块边界线条的像素坐标信息；
S3、坐标转换单元将像素坐标信息转换成分段落的轨迹信息；
S4、计算机控制SCARA机器人的画笔固定机构抓取画笔，然后SCARA机器人按照轨迹信息的段落依次进行绘制。
具体的，所述步骤S4之前，画纸固定机构将纸张固定。
具体的，所述轨迹信息的每个段落均包括位于开始的下降指令、位于末尾的上升指令和位于中间的移动指令。
进一步的，所述移动指令由数量不确定的有序点位组成。
与现有技术相比，本机器人人脸素描系统的有益效果在于：
本发明可将人像处理成简单的轮廓图案再进行绘制，利用成本较低的网络摄像头和SCARA机器人，更灵活、高效地绘制脸部特征，更加实用。
附图说明
图1为实施例机器人人脸素描系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：
如图1所示，本发明的一种机器人人脸素描系统，包括：
网络摄像头，用于采集人脸图像，并将采集到的图像传递给图像处理单元；
连接网络摄像头的图像处理单元，对人脸图像进行处理，提取面部细节并生成像素坐标信息；
连接图像处理单元的坐标转换单元，提取像素坐标信息，转换成为SCARA机器人可以运行的轨迹信息；
连接坐标转换单元的计算机，获取轨迹信息按轨迹段落发送给SCARA机器人；
由计算机控制的SCARA机器人，根据计算机发送的轨迹段落，进行绘制；
SCARA机器人包括机械臂和位于位于机械臂末端的画笔固定机构。
具体的，所述机器人人脸素描系统还包括由计算机控制的画纸固定机构，画纸固定机构位于画笔固定机构的下方。
应用机器人人脸素描系统的绘图方法，包括如下步骤：
S1、网络摄像头采集人脸图像，得到照片。
S2、图像处理单元将采集到的图像转化为只反映色块边界线条的像素坐标信息。图像处理单元会感知色块深浅变化的明显的位置，将色块边界判断为应该保留的线条，即将灰度照片转换为具有若干黑色线条的白底图片。因为这种判断模式，所以对摄像头的要求不需要很高，采用网络摄像头也能满足要求。
S3、坐标转换单元将像素坐标信息转换成分段落的轨迹信息。S2中的每根黑色线条都是不间断的线条，对应的就是轨迹信息的段落。坐标转换单元会将黑色线条解析为连接平面内的由数量不确定的有序点位的连线，这即是移动指令，也即是说一段连续的不规则线条被视为许多很接近的点位依次连接起来的折线集合。点位可以描述为：
Point_visionspace(x,y),
坐标转换单元读取像素空间下的轨迹文件，并转换成机器人笛卡尔坐标系下的轨迹，可以描述为：
Point_robot(x’,y’)＝Point_visionspace(x,y)*scale+offset(x0,y0)
其中scale为像素空间转换到笛卡尔空间的尺度，offset(x0,y0)为偏移距离，用于把轨迹平移到机器人可以运动到的范围内。
移动指令决定了绘图时的走笔轨迹，所以轨迹段落解析成一个由n个Point_robot(x’,y’)点位构成的数组，表示为：
Point_list[n]。
S4、计算机控制SCARA机器人的画笔固定机构抓取画笔，画纸固定机构将纸张固定，然后SCARA机器人按照轨迹信息的段落在纸张上依次进行绘制。机器人控制器根据轨迹文件，执行相应的轨迹运动，控制画笔在画纸上进行绘画。
另外轨迹信息还要在移动指令之前增加一个下降指令来令笔尖接触绘图面，之后增加一个上升指令来令笔尖离开绘图面，这样段落与段落之间的过渡就不会增加不必要线条。所以SCARA机器人运动的过程可以表示为：
正因如此，以上动作只需要升降动作和平面内的平移动作即可完成。所以本系统只要利用SCARA机器人就可以完成。
综上，本发明可将人像处理成简单的轮廓图案再进行绘制，利用成本较低的网络摄像头和SCARA机器人，更灵活、高效地绘制脸部特征，更加实用。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种机器人人脸素描系统，其特征在于，包括：
网络摄像头，用于采集人脸图像，并将采集到的图像传递给图像处理单元；
连接网络摄像头的图像处理单元，对人脸图像进行处理，提取面部细节并生成像素坐标信息；
连接图像处理单元的坐标转换单元，提取像素坐标信息，转换成为SCARA机器人可以运行的轨迹信息；
连接坐标转换单元的计算机，获取轨迹信息按轨迹段落发送给SCARA机器人；
由计算机控制的SCARA机器人，根据计算机发送的轨迹段落，进行绘制；
SCARA机器人包括机械臂和位于机械臂末端的画笔固定机构。
2.根据权利要求1所述的机器人人脸素描系统，其特征在于：所述机器人人脸素描系统还包括由计算机控制的画纸固定机构，画纸固定机构位于画笔固定机构的下方。
3.一种应用权利要求1或2所述的机器人人脸素描系统的绘图方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、网络摄像头采集人脸图像；
S2、图像处理单元将采集到的图像转化为只反映色块边界线条的像素坐标信息；
S3、坐标转换单元将像素坐标信息转换成分段落的轨迹信息；
S4、计算机控制SCARA机器人的画笔固定机构抓取画笔，然后SCARA机器人按照轨迹信息的段落依次进行绘制。
4.根据权利要求3所述的绘图方法，其特征在于：所述步骤S4之前，画纸固定机构将纸张固定。
5.根据权利要求3所述的绘图方法，其特征在于：所述轨迹信息的每个段落均包括位于开始的下降指令、位于末尾的上升指令和位于中间的移动指令。
6.根据权利要求5所述的绘图方法，其特征在于：所述移动指令由数量不确定的有序点位组成。
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