1. 研究目的与意义（文献综述）

一、研究目的和意义

中国象棋起源于汉朝，其传承发展距今已有千年历史。象棋变化多端,趣味无穷,每一个棋子、每一步下法皆蕴含着中华民族千年的传统文化，故象棋可谓是中华文化的精粹。中国象棋体现的不仅是一种古老的文化，同时还集科学、技术、竞技于一体，有利于开发人的智慧，锻炼人的思维，培养人的毅力，增强人的竞争意识。现今，随着人工智能、计算机视觉、模式识别技术的不断发展，象棋对弈不仅仅只局限于人与人之间，人机象棋对弈也越来越引起了人们的关注。随着机器人技术的不断发展，机器人功能的不断丰富，机器人已经融入了我们的生活。目前，娱乐机器人的研究已经成为一个重要的方向。

象棋机器人正是娱乐机器人的一种，在摄像机的监视下,使人机对弈过程无异于人与人之间的对弈,不仅消除了地域限制，而且更具有人性化和亲切感。实现象棋机器人功能的前提便是机器人能够基于视觉实现在人机对弈过程中捕捉和识别棋子。

2. 研究的基本内容与方案

本次设计的目标是设计一种人机象棋对弈过程中，机器人识别象棋棋子和捕捉移动棋子的方法。通过摄像头获取棋盘图像，利用棋盘和棋子图像特征，检测棋子，识别棋子，标定棋子坐标，从而实时、准确的检测出移动后的棋子所在的位置。此外还应该在保证识别精度的前提下尽可能的提高速度。

二、本次设计的主要内容：

（1）棋子的快速捕捉方法

（2）移动棋子的检测

（3）棋子的快速识别

（4）系统开发与实验

三、本次设计的技术方案：

（1）为了尽可能提高人机象棋对弈的速度，针对棋子的捕捉这一过程，应设计为快速实现动态捕捉。具体设计为摄像头每秒获取20张棋盘图像，故设计摄像头每间隔0.05秒定期扫描棋盘一次，获取棋盘图像并保存。

（2）在捕捉得到棋盘图像后，每捕捉一帧图像都应检测棋盘上是否有棋子移动。具体方法为对捕捉到的图像采用背景差分法判断棋盘上是否存在着运动目标，使用肤色检测和人手边缘检测判断棋盘上是否有出现操纵棋子移动的人手。若检测到人手，再通过对比前、后帧图像中人手的位置来大致判别是否有棋子的移动，当捕捉到的最新帧图像中又检测不到人手时，判断认为人手已经落子。此时再将最新得到的帧图像和检测到人手前的帧图像做对比，判断棋子的移动位置。若全程一直没有检测到人手，则判断该时间段没有棋子移动。

（3）当检测到有棋子移动后，则应该快速识别该棋子具体为哪一个子，故应该对棋子上的文字进行文字识别。具体方法是使用与文字方向无关的基于年轮统计的方法。且为了加快文字识别的速度，在每个棋子上的圆形凹槽处均填充为与棋子相同的颜色。具体步骤：①滤波、②颜色增加、③二值化保留文字颜色、④提高对比度、⑤基于弧形几何特性的圆形检测确定圆的位置、⑥过轮数计算。其中，过轮数的计算方法是：若圆心坐标为(x,y),半径为r，则从(x,y r)开始逆时针沿年轮线走一圈，像素值从白到黑变化一次累计一次。为减少统计时间，利用圆的八路对称性，只需计算(x,y r)到(x r/sqr(2.0),y r/sqr(2.0))这1/8圆即可。在此应用著名的Bresenham画圆算法来确定年轮上的像素。编码器的构造方法是，若将棋子圆形外框半径记为r，则对半径从0到r-1的每条年轮计算过轮数，并构成一个字符串。然后对字符串进行分析和筛减，以寻求一个能区分各文字的最短字符串，并将其作为编码器进行棋子文字识别。筛减方法是，若某过轮数删除后每个文字的过轮数串均不相同即不出现重码，则将该过轮数删除，否则，将该过轮数保留。对于象棋棋子，筛减的结果是1/4R、1/2R、3/4R三条年轮的过轮数，任意删除一个就会出现重码，则将这三个过轮数进行组合作为棋子文字的识别码。下表1给出象棋棋子的特征值及编码器。

表1.象棋棋子文字的特征值及编码器

（4）在计算机中基于OpenCV实现效果显示。用C 语言编写以上棋子快速捕捉、移动棋子检测和棋子文字识别的相关代码，使移动棋子被捕捉和识别后，能在OpenCV中显示出具体是哪一个棋子被移至哪里。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需基本原理及技术方法。确定方案，完成开题报告。

第4-6周：分析与设计基于视觉的象棋子识别与移动捕捉的方法。

第7-13周：基于机器人搭建视觉平台，开发相应算法程序，进行实验与分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]周游国,姜长生.tmsdm642图像处理平台技术的应用研究[j].电光与控制,2006(04):10 4-106 113.

[2]肖中凯.智能象棋机器人双目视觉系统的研究[d].北方工业大学,2008.

[3]赵吉文,张志伟,谢芳.基于svm的仿人对弈机器人视觉图像处理[j].系统仿真学报,20 07(18):139-142 146.