projektstudium robocup 2002/2003 - protai7 projektstudium technische anwendungen der informatik...
TRANSCRIPT
![Page 1: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/1.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
ProjektstudiumTechnische Anwendungen der Informatik
protai7
RoboCup 2002/2003Abschlussveranstaltung
07.08.2003
Lehrstuhl für Rechnerstrukturen, Prof. Dr. GrassLehrstuhl für Numerische Mathematik und Analysis, Prof. Dr. Donner
![Page 2: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/2.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
2 / 74
Was ist RoboCup?
• Internationale Forschungs- und Bildungsinitiative
• Schwerpunkt: Künstliche Intelligenz und Intelligente Robotik
• Populäres Spiel: Fußball
![Page 3: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/3.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
3 / 74
Die Middle Size League
• Robotergröße: ca. 50 x 50 x 50 cm
• Maximales Gewicht 80 kg
• Roboterfarbe: Schwarz
• Regelwerk an FIFA Bestimmungen angelehnt
• Kommunikation der Roboter untereinander ist ausdrücklich erlaubt
![Page 4: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/4.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
4 / 74
Was ist das Projektstudium?
• Praktische Erfahrungen
• Anspruchsvolle wissenschaftliche Themengebiete
• Teamarbeit
![Page 5: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/5.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
5 / 74
Aufgaben und Ziele
• Übernahme des bestehenden Projektes
• Implementierung von Teamfähigkeit
• Einführung von Echtzeit-Scheduling
• Grundlage für nachfolgende Gruppen
![Page 6: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/6.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
6 / 74
Herausforderungen
• Hardware– Programmierung– Diagnose und Instandhaltung
• Software– Sehr komplexes System– Starke Abhängigkeiten der Komponenten
• Teamarbeit– Organisation der Aufgaben– Koordination der Gruppe auf ein Ziel hin
![Page 7: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/7.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
7 / 74
Inhalts-Übersicht
1. Grundlagen
2. Hardware
3. Architektur des Projektes
4. Sensorverarbeitung und Bildverarbeitung
5. Kommunikationssystem
6. Künstliche Intelligenz
7. Vorführung Bildverarbeitung und KI
8. Live-Vorführung auf dem Spielfeld
![Page 8: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/8.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
8 / 74
Welche Hardware steht zur Verfügung?
• Roboter– ActivMedia Pioneer 2– Embedded Board mit
400 MHz CPU– Bewegliche Kamera– Sonar-Sensoren– Odometrie-Sensoren– Pioneer 2
Microcontroller Board
![Page 9: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/9.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
9 / 74
Betriebs-Umgebung
• Standard-Hardware
• Linux (Debian 3.0)
• Echtzeit-Kernel
• Problem: Festplatte im fahrenden Roboter
• Lösung: Disc on Chip
![Page 10: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/10.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
10 / 74
Die Kamera
• Sony EVI-D31• Schwenkbar• Auto-Tracking• Kommunikation per
VISCATM Protokoll (Video System Control Architecture)
![Page 11: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/11.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
11 / 74
Neuerung: Auslesen von Kameradaten
• Serielles Kabel von der Kamera zum Mainboard
• Kommunikation über das VISCATM Protokoll
![Page 12: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/12.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
12 / 74
Interessante Kameradaten
• Belichtungseinstellungen
• Neigungs- und Drehwinkel– Kamera kann im Spiel bewegt werden
• Auto-Tracking Informationen– Bis zu vier Ziele– Aktives und passives Tracking
![Page 13: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/13.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
13 / 74
Auto-Tracking
![Page 14: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/14.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
14 / 74
Inhalts-Übersicht
1. Grundlagen
2. Hardware
3. Architektur des Projektes
4. Sensorverarbeitung und Bildverarbeitung
5. Kommunikationssystem
6. Künstliche Intelligenz
7. Vorführung Bildverarbeitung und KI
8. Live-Vorführung auf dem Spielfeld
![Page 15: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/15.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
15 / 74
Hardware-Ansteuerung
Architektur
Sensorverarbeitung
KünstlicheIntelligenz
![Page 16: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/16.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
16 / 74
Architektur
Hardware-Ansteuerung
Sensorverarbeitung
KünstlicheIntelligenz
Frame Grabber
Kamera(Tracking)
Sonar Odometrie
Aktoren Netzwerk
![Page 17: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/17.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
17 / 74
Architektur
Sensorverarbeitung
Hardware-Ansteuerung
KünstlicheIntelligenz
Bildverarbeitung
EigenpositionBallfindung
Tracking
Ballfindung
Sonar
Eigenposition
Odometrie
Eigenposition
Sensorfusion
Ballfindung Eigenposition
![Page 18: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/18.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
18 / 74
Architektur
KünstlicheIntelligenz
Hardware-Ansteuerung Sensorverarbeitung
Weltmodell
Verhalten
![Page 19: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/19.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
19 / 74
Echtzeitanforderungen bei Robocup
Per
form
ance
Deadline Antwortzeit
• Weiche EchtzeitanforderungenLinux Kernel Realtime Linux
Kernel
durchschnittliche Latenzzeit
10ms 5µs
maximale Latenzzeit
>10s 50µs
![Page 20: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/20.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
20 / 74
Echtzeit unter Linux – zwei Ansätze:
Preemptive Patch für Kernel
-MontaVista Scheduler
-KU-RT Linux
-TimeSys
Integration eines Mikrokernels
-RT-Linux
-RTAI
![Page 21: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/21.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
21 / 74
Echtzeit unter Linux - RTAI
Hardware
Real-Time Hardware Abstraction Layer (RTHAL)
Kernel-Module
RTAI-Modul
RTAI-Modul
RTAI-Modul
Kernel-SpaceKernel-Space
User-SpaceUser-SpaceRealtime-
ApplikationLinux-
Programme
LinuxKernel
Fifo, Mailbox, SHMEM
LXRT
![Page 22: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/22.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
22 / 74
Design-To-Time Scheduling Algorithmus
• Statischer Scheduling-Algorithmus• Effiziente Nutzung der zur Verfügung
stehenden Zeit• Dynamische Auswahl verschiedener
Algorithmen anhand von– Laufzeit– Qualität
• Ausführung als Echtzeittask oder als Taskmit höchster Priorität
![Page 23: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/23.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
23 / 74
Design-To-Time Scheduling Algorithmus
Pascha
Taskgraph
C++ Code
Design To Time
Scheduling
Algorithmus
DecisionDAG
Dispatcher
Creator
![Page 24: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/24.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
24 / 74
Echtzeit-Scheduling
Hardware-Ansteuerung
Sensorverarbeitung
KünstlicheIntelligenz
RTAIRealTime OS
Kernel TaskGraph
Dispatcher
Kamera-daten
Sonar/Odometrie-
daten
Kernel Modul
RTAI
![Page 25: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/25.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
25 / 74
Inhalts-Übersicht
1. Grundlagen
2. Hardware
3. Architektur des Projektes
4. Sensorverarbeitung u. Bildverarbeitung
5. Kommunikationssystem
6. Künstliche Intelligenz
7. Vorführung Bildverarbeitung und KI
8. Live-Vorführung auf dem Spielfeld
![Page 26: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/26.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
26 / 74
Eigenpositionsfindung
1. Extrahiere Linien aus Bild2. Berechne Lage der Linien im Roboter-Koordinaten-
System
1. Extrahiere Linien aus Bild
Fehler
1. Extrahiere Linien aus Bild2. Berechne Lage der Linien im Roboter-Koordinaten-
System3. Linien-Matching mit gespeichertem Spielfeld-Modell und
Hypothesen-Erzeugung4. Bewertung der Hypothesen mittels Fehlerfunktion und
Auswahl der besten Hypothese
1. Extrahiere Linien aus Bild2. Berechne Lage der Linien im Roboter-Koordinaten-
System3. Linien-Matching mit gespeichertem Spielfeld-Modell und
Hypothesen-Erzeugung
![Page 27: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/27.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
27 / 74
Eigenpositionsfindung protai6
1. SeedSearch2. Zuordnung von SeedPoints zu drei Gruppen
(Spielfeldbegrenzung, Spielfeldlinie vorne, Spielfeldlinie hinten) anhand einfacher Annahmen
3. Liniensplittung und Verwurf der Verbindungspunkte
![Page 28: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/28.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
28 / 74
Eigenpositionsfindung
protai6• Sehr schnell• Gute Ergebnisse bei guter Farbkalibrierung• Viele SeedPoints und Farbklassifizierung notwendig
protai7• protai6-Algorithmus mit erweiterter Farbkalibrierung sowie
schnellerer Farbklassifizierung und SeedSearch• Durchschnittliche Laufzeit 18ms
![Page 29: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/29.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
29 / 74
Farbklassifizierung
• Partitionierung des RGB-Farbraums
• Ziel: Robustheit gegenüber Helligkeitsänderungen tundefiniergelbblaugrünrotschwarzweißf ,,,,,,255: 3
![Page 30: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/30.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
30 / 74
Der HSV-Farbraum
• Robustheit gegenüber Helligkeitsveränderungen lässt sich durch Wechsel in einen anderen Farbraum realisieren
• Eine Farbe wird durch die Komponenten Hue (Farbton), Saturation (Farbsättigung) und Value (Helligkeit) definiert
![Page 31: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/31.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
31 / 74
Farbklassifizierung
protai6• Definiere Farbbereichsgrenzen für die Farbklassen im
HSV-Raum vor Programmstart (Farbkalibrierung)• Konvertierung des RGB-Tripels in ein HSV-Tripel zur
Laufzeit• Test für die zuvor definierten Farbbereichsgrenzen
protai7• Definiere Farbbereichsgrenzen vor Programmstart• Konvertierung aller RGB-Tripel in HSV-Tripel, Test für die
zuvor definierten H-S-V-Intervalle und Speicherung der Farbklasse in einer Lookup-Tabelle (16 MB)
![Page 32: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/32.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
32 / 74
Farbkalibrierung
• Suche nach Bereichsgrenzen der Partitionen {weiß,schwarz,rot, ...} (hier im HSV-Raum)
• Wir haben zwei verschiedene Verfahren implementiert
manuell
semi-automatisch
![Page 33: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/33.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
33 / 74
Farbkalibrierung – manuell
• Klick in Region berechnet Minima und Maxima der HSV-Werte innerhalb eines Umkreises
• Vorschau aller Farbregionen des Bildes und Berechnung von Überlappungsbereichen
![Page 34: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/34.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
34 / 74
Farbkalibrierung – semi-automatisch
• Aufnahme einer definierten Szene• Berechnung der Mittelwerte und der Varianzen der HSV-
Tripel jeder Farbpartition• Multiplikation der Varianzen mit einstellbaren Faktoren
liefert Intervallgrenzen• Automatische Auflösung von Überlappungen durch
Gewichtung der Varianzen
![Page 35: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/35.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
35 / 74
SeedSearch
• Suche nach Farbübergängen entlang von Geraden• Ziel: Robustheit gegenüber Störungen und
Laufzeitoptimierung• Wir haben vier verschiedene Verfahren entwickelt
![Page 36: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/36.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
36 / 74
SeedSearch mit Fenster
• Robustheit gegenüber Störungen durch individuelle Aktivierungsgrenzen und Filterung in 3x3-Fenster
Übergangsaktivierungen
ws r bgr ge u
![Page 37: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/37.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
37 / 74
SeedSearch mit Überspringen
• Robustheit gegenüber Störungen durch Aktivierungen• Überspringen von je 3 Pixeln bis Farbübergang erreicht,
dann Backtracking
Übergangsaktivierungen
ws r bgr ge u
![Page 38: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/38.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
38 / 74
Ballfindung
• Merkmale– Form:
• Kreisscheibe (evtl. teilweise verdeckt)• Nur bestimmter Radius möglich, abhängig von der Höhe im Bild
– Farbe:• Farbpartition rot (aber Reflexionen und Schattenwürfe)
![Page 39: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/39.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
39 / 74
Ballfindung
• Suche nach roten Farbclustern ausschließlich mit SeedPoints
• Berechne erwartete Ausmaße anhand der Höhe im Bild• Sind die Ausmaße zu gering könnte der Ball teilweise
verdeckt sein; Berechne Ballzentrum mit Dreiecksverfahren
![Page 40: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/40.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
40 / 74
Gegnererkennung
• Suche nach schwarzen Farbclustern ausschließlich mit SeedPoints
• Berechne erwartete Ausmaße anhand der Höhe im Bild
![Page 41: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/41.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
41 / 74
Sonar und Odometrie
• Alle 50 ms kann je einer der 8 Sonarsensoren abgerufen werden.
• Sonarinformationen werden für die Eigenpositionsfindung und Hindernis/Gegner-Erkennung verwendet
• Odometrieinformationen werden alle 50 ms abgefragt und für die Eigenpositionsfindung verwendet.
![Page 42: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/42.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
42 / 74
Tracking
• Abfrage der Auto-Tracking-Funktion der Kamera über die serielle Schnittstelle
• Verwendung für Ballfindung, Gegnererkennung und Eigenpositionsfindung (z.B. über Torerkennung) möglich
![Page 43: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/43.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
43 / 74
Sensorfusion
• Sensormesswerte sind immer fehlerbehaftet (Varianz)• Sensormesswerte verschiedener Sensoren sowie
verschiedener Zeitpunkte müssen zu einem optimalen Wert fusioniert werden
• Der Kalman Filter ist optimal im Sinne, dass die Varianz minimiert wird
Kalman Filter
SensorZeitstempel
Messwert
Varianz
Letzter WertZeitstempel
Messwert
Varianz
![Page 44: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/44.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
44 / 74
Sensorfusion der Eigenpositionsfindung
BildverarbeitungZeitstempel
Messwert
Varianz
SonarZeitstempel
Messwert
Varianz
OdometrieZeitstempel
Messwert
Varianz
Letzter WertZeitstempel
Messwert
Varianz
Kalman Filter
![Page 45: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/45.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
45 / 74
Sensorfusion der Ballfindung
BildverarbeitungZeitstempel
Messwert
Varianz
TrackingZeitstempel
Messwert
Varianz
KommunikationZeitstempel
Messwert
Varianz
Letzter WertZeitstempel
Messwert
Varianz
Kalman Filter
![Page 46: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/46.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
46 / 74
Inhalts-Übersicht
1. Grundlagen
2. Hardware
3. Architektur des Projektes
4. Sensorverarbeitung u. Bildverarbeitung
5. Kommunikationssystem
6. Künstliche Intelligenz
7. Vorführung Bildverarbeitung und KI
8. Live-Vorführung auf dem Spielfeld
![Page 47: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/47.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
47 / 74
Gruppenkommunikationsprotokoll (GKP)
• Aufgaben des CommSystems– Ermöglicht Erweiterung der KI auf Teamplay– Bietet zusätzliche Daten für die Sensorfusion– Dient als zusätzlicher Sensor für
Ballfindung und Gegnererkennung
• Client/Server-Architektur– CommServer / Software-Access-Point– CommClient als eigener Prozess
![Page 48: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/48.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
48 / 74
Gruppenkommunikationsprotokoll (GKP)
• Gruppenkommunikationsprotokoll– Anerkanntes Kommunikationsparadigma– Handling von Paketverlusten– Begrenzung der maximalen Verzögerung
• Probleme des IEEE 802.11 GKP– Keine Bestätigung der Broadcastnachrichten– Keine garantierte begrenzte Verzögerung– Keine Erkennung inaktiver Clients– Nur der Access-Point hat ein aktuelles Bild der
Gruppe
![Page 49: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/49.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
49 / 74
Gruppenkommunikationsprotokoll (GKP)
• Datenpaket / Header (36 Bit)
Ident ID-Nummer des Clients
Seq Sequenznummer des Pakets
Akk SeqNr des letzten erhaltenen Pakets
Mode Aktueller Modus (0: Broadcast,
1: Peer2Peer, 2: TimeSync)
![Page 50: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/50.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
50 / 74
Gruppenkommunikationsprotokoll (GKP)
• Datenpaket / Header (36 Bit)
Login Login-Modus (0: No Login, 1: Login, 2: Relogin)
Sync Zeitsynchronisation (0: No Sync, 1: Sync)
Clients Gesamtzahl der eingeloggten Clients
Active Active-Flags aller max. 11 Clients
![Page 51: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/51.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
51 / 74
Gruppenkommunikationsprotokoll (GKP)
• Datenpaket / Nutzdaten– Zeitstempel– Eigenposition– Ballposition– Gegnerposition– Ballbesitz
• Beliebig erweiterbar um weitere Daten
des Weltmodells und der KI
![Page 52: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/52.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
52 / 74
Gruppenkommunikationsprotokoll (GKP)
• Funktionsweise / Übersicht
![Page 53: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/53.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
53 / 74
Zeitsynchronisation
• Notwendig für verteilte (Echtzeit-) Anwendungen
• Notwendig zur Erkennung temporaler Abhängigkeiten in verteilten Systemen (WLAN)
• Zeitdifferenz– um einen gewissen Offset– durch asynchrone Systemuhren
![Page 54: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/54.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
54 / 74
Zeitsynchronisation
• Initiale Zeitsynchronisation– Ausgleich des Offsets beim Login– Übernahme der Zeit des CommServers
• Problem: Werteanpassung des im IEEE 802.11 Standard definierten Uhren-synchronisationsprotokolls– Doppelte Zeitpunkte– Zeitsprünge
![Page 55: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/55.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
55 / 74
Zeitsynchronisation
• Werteanpassung vs. Ratenanpassung
![Page 56: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/56.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
56 / 74
Zeitsynchronisation
• Implementierung einer ans WLAN angepassten Version eines für den CAN-Bus entwickelten Protokolls– Einsatz eines TSC-Timers (TimeStampCounter)– Einsatz einer Softwareuhr mit Ratenanpassung– Erweiterung des CommSystems um einen
TimeSync-Modus
![Page 57: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/57.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
57 / 74
Gruppenkommunikationsprotokoll (GKP)
• Erweiterungsmöglichkeiten– Übertragung weiterer Informationen aus dem
Weltmodell– Integration aller übertragenen Daten in die
Sensorfusion und KI– Übertragung von KI-Flags für dynamisches
Rollenverhalten
![Page 58: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/58.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
58 / 74
Inhalts-Übersicht
1. Grundlagen
2. Hardware
3. Architektur des Projektes
4. Sensorverarbeitung u. Bildverarbeitung
5. Kommunikationssystem
6. Künstliche Intelligenz
7. Vorführung Bildverarbeitung und KI
8. Live-Vorführung auf dem Spielfeld
![Page 59: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/59.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
59 / 74
Künstliche Intelligenz
Kommandofusion
Verhalten Verhalten Verhalten
Kommando
Kommando
KF
V V
K K
ArbitrationstrategyKommando
Arbitrationstrategy Arbitrationstrategy
AS AS
![Page 60: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/60.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
60 / 74
Teamverhalten
• Kooperatives Verhalten
• Dezentrale Entscheidungen
• Informationsaustausch
• Rollenzuweisung
![Page 61: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/61.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
61 / 74
Simulator
• Ersetzt die reale Umgebung
• Ersetzt Sensoren und Aktoren
• Einsatz zum Test der KI
• Einsatz zum Test der Sensorverarbeitung
![Page 62: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/62.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
62 / 74
GrabBall
![Page 63: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/63.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
63 / 74
GrabBall - Teamverhalten
![Page 64: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/64.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
64 / 74
ScoreGoal
![Page 65: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/65.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
65 / 74
ScoreGoal - Teamverhalten
![Page 66: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/66.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
66 / 74
Pass
![Page 67: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/67.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
67 / 74
Positionsspiel
![Page 68: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/68.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
68 / 74
Torwartposition
![Page 69: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/69.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
69 / 74
Torwart GrabBall
![Page 70: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/70.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
70 / 74
Beispiel: 2 gegen 1
![Page 71: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/71.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
71 / 74
Beispiel: 2 gegen 1
![Page 72: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/72.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
72 / 74
Beispiel: 2 gegen 1
![Page 73: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/73.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
73 / 74
Beispiel: 2 gegen 1
![Page 74: Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7 Projektstudium Technische Anwendungen der Informatik protai7 RoboCup 2002/2003 Abschlussveranstaltung 07.08.2003](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052618/55204d8449795902118d8be5/html5/thumbnails/74.jpg)
Projektstudium RoboCup 2002/2003 - protai7
74 / 74
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!