一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)標(biāo)定裝置，用于可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向和/或回轉(zhuǎn)中心的標(biāo)定，包括攝像單元和計(jì)算單元；攝像單元朝向工作平面獲取圖像，記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)；所述標(biāo)記點(diǎn)為置于工作平面上，在可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中位于攝像單元視野范圍內(nèi)；計(jì)算單元從圖像中獲取標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)圖像坐標(biāo)系中的若干標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到標(biāo)記點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡。本發(fā)明在無(wú)需借助其他傳感器或定位方式的前提下，僅利用視覺傳感器，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)方向與回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行精確標(biāo)定，有利于提高移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中的平穩(wěn)性與可靠性，有助于降低機(jī)器人生產(chǎn)研發(fā)成本。
【專利說明】
一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于可移動(dòng)平臺(tái)標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái) 標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)方向與回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行高精度的標(biāo)定可以使機(jī)器人的運(yùn)行更 加平穩(wěn)與可靠。而傳統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人通常將機(jī)器人前進(jìn)方向簡(jiǎn)單得認(rèn)為是機(jī)器人設(shè)備的正 前方，而將移動(dòng)機(jī)器人的兩輪中心或本體幾何中心作為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中心。這在精度要求 不高的情況下可以勝任大部分任務(wù)，但對(duì)于定位精度要求較高的情形，則不得不借助于其 他定位方式或依賴于不斷地較大幅度的位置修正，從而影響運(yùn)行的平穩(wěn)性與可靠性。因此， 本發(fā)明提出了一種基于視覺識(shí)別的移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)標(biāo)定方法。此處，我們將機(jī)器人實(shí)際的 前進(jìn)運(yùn)動(dòng)方向標(biāo)定為機(jī)器人前進(jìn)方向，將機(jī)器人回轉(zhuǎn)中心標(biāo)定為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)中心。同時(shí)， 利用標(biāo)定得到的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向以及回轉(zhuǎn)中心在圖像坐標(biāo)系下的矢量，結(jié)合模型，可 計(jì)算得到相機(jī)內(nèi)其他可視物體與移動(dòng)機(jī)器人的相對(duì)位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)標(biāo) 定裝置及標(biāo)定方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)標(biāo) 定裝置，所述標(biāo)定裝置可用于可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向和/或回轉(zhuǎn)中心的標(biāo)定，包括：
[0005] 攝像單元，朝向工作平面獲取圖像，記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo);所述標(biāo)記點(diǎn)為置于 工作平面上，在可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中位于攝像單元視野范圍內(nèi)，并且在所述圖像中可被 唯一確定的點(diǎn)；
[0006] 計(jì)算單元，從圖像中獲取標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)圖像坐標(biāo)系中的若干標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行擬合， 得到標(biāo)記點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理獲取圖像坐標(biāo)系中可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的 前進(jìn)方向和/或回轉(zhuǎn)中心。
[0007] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算單元將圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到攝像單元坐標(biāo)系中，其轉(zhuǎn) 換關(guān)系根據(jù)相機(jī)模型確定。
[0008] 進(jìn)一步地，所述計(jì)算單元根據(jù)攝像單元相對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)的外參信息，以及可移 動(dòng)平臺(tái)幾何結(jié)構(gòu)所確定的攝像單元坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將攝像單元坐標(biāo)系中 的坐標(biāo)變換到空間坐標(biāo)系中。
[0009] -種應(yīng)用上述標(biāo)定裝置進(jìn)行可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向標(biāo)定的方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟11、可移動(dòng)平臺(tái)直行，標(biāo)記點(diǎn)置于可移動(dòng)平臺(tái)的直行路徑上，在可移動(dòng)平臺(tái)直 行過程中，標(biāo)記點(diǎn)位于攝像單元視野范圍內(nèi)時(shí)，攝像單元多次獲取圖像，并記錄圖像中標(biāo)記 點(diǎn)坐標(biāo)；
[0011] 步驟12、根據(jù)直線擬合算法擬合記錄的標(biāo)記點(diǎn)，得到標(biāo)記點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡， 即圖像坐標(biāo)系中標(biāo)記點(diǎn)的前進(jìn)方向矢量，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理獲取圖像坐標(biāo)系中可移動(dòng)平臺(tái) 運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)方向矢量。
[0012] 進(jìn)一步地，根據(jù)相機(jī)模型所確定的圖像坐標(biāo)系與攝像單元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，標(biāo) 定可移動(dòng)平臺(tái)在攝像單元坐標(biāo)系的前進(jìn)方向。
[0013] 進(jìn)一步地，根據(jù)攝像單元相對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)的外參信息，以及可移動(dòng)平臺(tái)幾何結(jié) 構(gòu)所確定的攝像單元坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系標(biāo)定可移動(dòng)平臺(tái)在空間坐標(biāo)系中的 前進(jìn)方向。
[0014] -種應(yīng)用上述標(biāo)定裝置進(jìn)行可移動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心標(biāo)定的方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟21:可移動(dòng)平臺(tái)自轉(zhuǎn)一周，在可移動(dòng)平臺(tái)自轉(zhuǎn)過程中，標(biāo)記點(diǎn)位于攝像單元視 野范圍內(nèi)，攝像單元多次獲取圖像，并記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)；
[0016] 步驟22:根據(jù)橢圓擬合算法將記錄的標(biāo)記點(diǎn)擬合成橢圓，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，擬合 橢圓的中心即為可移動(dòng)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心。
[0017] 進(jìn)一步地，根據(jù)相機(jī)模型所確定的圖像坐標(biāo)系與攝像單元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，標(biāo) 定可移動(dòng)平臺(tái)在攝像單元坐標(biāo)系的回轉(zhuǎn)中心。
[0018] 進(jìn)一步地，根據(jù)攝像單元相對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)的外參信息，以及可移動(dòng)平臺(tái)幾何結(jié) 構(gòu)所確定的攝像單元坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，標(biāo)定可移動(dòng)平臺(tái)在空間坐標(biāo)系中的 回轉(zhuǎn)中心。
[0019] 本發(fā)明的有益效果:將可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向定義為可移動(dòng)平臺(tái)的實(shí)際前進(jìn)運(yùn)動(dòng)方 向，將可移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)中心定義為可移動(dòng)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心，本發(fā)明在可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方 向與運(yùn)動(dòng)中心的標(biāo)定過程中，以可移動(dòng)平臺(tái)實(shí)際運(yùn)動(dòng)結(jié)果作為數(shù)據(jù)源，獲得更精確、更符合 實(shí)際情形的標(biāo)定參數(shù)。本發(fā)明在無(wú)需借助其他傳感器或定位方式的前提下，僅利用視覺傳 感器，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的前進(jìn)方向與回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行精確標(biāo)定，有利于提高移動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng) 過程中的平穩(wěn)性與可靠性，有助于降低機(jī)器人生產(chǎn)研發(fā)成本。
【附圖說明】
[0020] 圖1為利用本發(fā)明標(biāo)定裝置進(jìn)行可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向標(biāo)定的示意圖；
[0021] 圖2為前進(jìn)方向標(biāo)定過程中攝像單元拍攝的包含標(biāo)記點(diǎn)的圖像；
[0022] 圖3為根據(jù)直線擬合算法擬合記錄的標(biāo)記點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0023] 圖4為回轉(zhuǎn)中心標(biāo)定過程中攝像單元拍攝的包含標(biāo)記點(diǎn)的圖像；
[0024] 圖5為根據(jù)橢圓擬合算法擬合記錄的標(biāo)記點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡；
[0025]圖6為本發(fā)明標(biāo)定方法流程圖。 圖7為標(biāo)記點(diǎn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的標(biāo)定裝置包括:攝像單元和計(jì)算單元。
[0028]攝像單元，獲取圖像，記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)，所述標(biāo)記點(diǎn)置于可移動(dòng)平臺(tái)的工 作平面上，在可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中位于攝像單元視野范圍內(nèi)，所述攝像單元安裝于可移 動(dòng)平臺(tái)的中心位置附近，朝向工作平面，利用標(biāo)定板與matlab中的相機(jī)標(biāo)定工具標(biāo)定內(nèi)參、 外參、以及畸變參數(shù)。所述標(biāo)記點(diǎn)可以是任何區(qū)別背景，并可在圖像中被識(shí)別且唯一確定的 點(diǎn)，即該點(diǎn)在一副圖像中具有確定的唯一坐標(biāo)，例如以DataMatrix(DM)碼作為標(biāo)記物，DM碼 的定位圖形的兩條邊界交叉確定的點(diǎn)即為標(biāo)記點(diǎn)，如圖7所示，DM碼為黑色，背景可以為白 色，紅色等具有DM碼不同顏色屬性的顏色，使DM碼中的標(biāo)記點(diǎn)可在圖像中通過圖像處理等 方法被識(shí)別。
[0029] 計(jì)算單元，從圖像中獲取標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)圖像坐標(biāo)系中的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行擬合，例如 根據(jù)直線擬合算法擬合直線，根據(jù)橢圓擬合算法擬合橢圓等;計(jì)算標(biāo)記點(diǎn)與擬合圖形之間 的距離，例如計(jì)算標(biāo)記點(diǎn)與擬合直線間的距離，計(jì)算標(biāo)記點(diǎn)與擬合橢圓邊界的距離;還可以 根據(jù)相機(jī)模型，將圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變換到攝像單元坐標(biāo)系中或可移動(dòng)平臺(tái)幾何結(jié)構(gòu)所 確定的空間坐標(biāo)系中或其他根據(jù)需要確定的坐標(biāo)系。
[0030] 基于上述裝置，基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向標(biāo)定方法如下：
[0031] 步驟11、可移動(dòng)平臺(tái)直行，標(biāo)記點(diǎn)置于可移動(dòng)平臺(tái)的直行路徑上，在可移動(dòng)平臺(tái)直 行過程中，標(biāo)記點(diǎn)位于攝像單元視野范圍內(nèi)時(shí)，攝像單元多次獲取圖像，并記錄圖像中標(biāo)記 點(diǎn)坐標(biāo)，實(shí)施例中，具體方法如下：
[0032] 如圖1所示，可移動(dòng)平臺(tái)沿A->B->C路徑直行時(shí)，拍攝包含有標(biāo)記點(diǎn)D的圖像，如圖1 (a) 所示，可移動(dòng)平臺(tái)行至A點(diǎn)位置，攝像單元拍攝圖像A'如圖2(a)，可移動(dòng)平臺(tái)沿圖1(b)所 示方向移動(dòng)，從圖1(a)所示A點(diǎn)位置直行至圖1(c)所示B點(diǎn)位置，攝像單元拍攝圖像B'如圖2 (b) ，可移動(dòng)平臺(tái)沿圖1(d)所示方向移動(dòng)，從圖1(c)所示B點(diǎn)位置直行至圖1(e)所示C點(diǎn)位 置，攝像單元拍攝圖像C'如圖2(c)，標(biāo)記點(diǎn)D位于所述攝像單元的視野范圍E內(nèi)，所述圖像 A'、圖像B'、圖像C'均包含標(biāo)記點(diǎn)D，記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)D(圖像A'中標(biāo)記點(diǎn)為D1，圖像B'中標(biāo) 記點(diǎn)為D2，圖像C '中標(biāo)記點(diǎn)為D3)的坐標(biāo)。
[0033]本實(shí)施例中只以3個(gè)標(biāo)記點(diǎn)為例，可移動(dòng)平臺(tái)在沿A->B->C路徑直行時(shí)可多次拍攝 圖像，如圖3所示，記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0034] 所述標(biāo)記點(diǎn)D1、D2、D3在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置如圖3所示，所述圖像坐標(biāo)系以 圖像左上角為原點(diǎn)，圖像的上邊界為X軸，圖像的左邊界為y軸，以像素為單位。
[0035] 攝像單元拍攝圖像后，需對(duì)拍攝的圖像去畸變，使記錄的標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)精確，保證計(jì) 算精度。
[0036] 步驟12、根據(jù)直線擬合算法擬合記錄的標(biāo)記點(diǎn)，得到標(biāo)記點(diǎn)D在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌 跡，即圖像坐標(biāo)系中標(biāo)記點(diǎn)D的前進(jìn)方向矢量，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理獲取圖像坐標(biāo)系中可移動(dòng) 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)方向矢量。
[0037] 如圖3所示，由于可移動(dòng)平臺(tái)直行，標(biāo)記點(diǎn)D1、D2、D3在圖像坐標(biāo)系中形成的軌跡近 似直線，將圖像坐標(biāo)系中的標(biāo)記點(diǎn)D1、D2、D3用最小二乘法擬合，形成D1->D2->D3的運(yùn)動(dòng)軌 跡。
[0038] 實(shí)際過程中，由于可移動(dòng)平臺(tái)直行，可移動(dòng)平臺(tái)在沿A->B->C路徑直行時(shí)，多次拍 攝的圖像中所記錄的標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡也近似直線，如圖3所示，直線擬合所有的標(biāo)記點(diǎn)， 形成標(biāo)記點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡f。
[0039] 計(jì)算所有記錄的標(biāo)記點(diǎn)與擬合直線間的距離，距離公式
其中，di s為標(biāo)記點(diǎn)D與運(yùn)動(dòng)軌跡的距離，xo、yo為在圖像坐標(biāo)系中標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)值，Ao、Bo、Co 為擬合的直線方程的參數(shù)。
[0040]具體實(shí)施中，與擬合直線間的距離大于1個(gè)像素的標(biāo)記點(diǎn)為離散點(diǎn)，若存在離散 點(diǎn)，則刪除該離散點(diǎn)后重新擬合，直到不再存在離散點(diǎn)為止。
[0041 ]根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，可移動(dòng)平臺(tái)的前進(jìn)方向與圖像中的標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方向相 反，由此，可在圖像坐標(biāo)系中唯一確定可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)方向矢量。
[0042] 基于上述標(biāo)定裝置，本發(fā)明的基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的標(biāo)定方 法，包括以下步驟：
[0043] 步驟21:可移動(dòng)平臺(tái)自轉(zhuǎn)一周，在可移動(dòng)平臺(tái)自轉(zhuǎn)過程中，標(biāo)記點(diǎn)位于攝像單元視 野范圍內(nèi)，攝像單元多次獲取圖像，并記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)；
[0044] 本實(shí)施例中，可移動(dòng)平臺(tái)包括2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，控制2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的控制電機(jī)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速一 樣，旋轉(zhuǎn)方向相反，實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)平臺(tái)的原地自轉(zhuǎn)，其他方式的可移動(dòng)平臺(tái)根據(jù)其不同的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。
[0045] 如圖4所示，本實(shí)施例中，可移動(dòng)平臺(tái)逆時(shí)針自轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)至如圖4(a)-圖4(h)所示 位姿時(shí)分別拍攝圖像，標(biāo)記點(diǎn)位攝像單元視野范圍內(nèi)，建立圖像坐標(biāo)系，所述標(biāo)記點(diǎn)在圖像 坐標(biāo)系的位置如圖4(a)-圖4(h)所示，所述圖像坐標(biāo)系以圖像左上角為原點(diǎn)，圖像的上邊界 為X軸，圖像的左邊界為y軸，以像素為單位。
[0046] 圖4中僅以可移動(dòng)平臺(tái)自轉(zhuǎn)過程中8次位置記錄的標(biāo)記點(diǎn)為例。具體實(shí)施時(shí)，可移 動(dòng)平臺(tái)在自轉(zhuǎn)過程中根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整拍攝圖像的次數(shù)，記錄的標(biāo)記點(diǎn)，如圖5所示。
[0047] 攝像單元拍攝圖像后，需對(duì)拍攝的圖像去畸變，使記錄的標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)精確，保證計(jì) 算精度。
[0048] 步驟22:根據(jù)橢圓擬合算法將記錄的標(biāo)記點(diǎn)擬合成橢圓，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，擬合 橢圓的中心即為可移動(dòng)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心，標(biāo)記點(diǎn)擬合成的橢圓如圖5所示。
[0049] 計(jì)算所有標(biāo)記點(diǎn)與擬合橢圓邊界點(diǎn)的距離，所述橢圓邊界點(diǎn)為標(biāo)記點(diǎn)與橢圓中心 的連線與橢圓邊界交叉的點(diǎn)，通過橢圓邊界方程獲取橢圓邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，其中，所述橢圓邊 界方程為：
[0050] x = a cos t cosB-b sin t sinB+m
[0051] y = a cos t sinQ+b sin t cosQ+n
[0052] 其中，x、y為橢圓邊界點(diǎn)的坐標(biāo)，a、b分別為橢圓長(zhǎng)、短半軸長(zhǎng)度，Θ為橢圓傾斜角， 即橢圓長(zhǎng)軸的延長(zhǎng)線與X軸正方向的夾角，m，η為橢圓中心坐標(biāo)，均可由擬合橢圓得到，t為 方位角，其中，標(biāo)記點(diǎn)到橢圓中心的連線與橢圓邊界形成交點(diǎn)，該交點(diǎn)到橢圓長(zhǎng)軸、橢圓短 軸的垂線與橢圓內(nèi)切圓和外接圓的分別形成交點(diǎn)，所述方位角即為垂線與橢圓內(nèi)切圓和外 接圓形成的兩個(gè)交點(diǎn)的連線與橢圓長(zhǎng)軸之間的夾角，其值范圍為〇到2π。
[0053]通過兩點(diǎn)間的距離公式得到標(biāo)記點(diǎn)與橢圓邊界點(diǎn)的距離，這里計(jì)算所有標(biāo)記點(diǎn)與 擬合橢圓邊界點(diǎn)的距離的獲取方法不僅限于上述實(shí)施例，還可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所公 知的其他方法得到。
[0054]具體實(shí)施中，與擬合橢圓邊界點(diǎn)的距離大于2個(gè)像素的標(biāo)記點(diǎn)為離散點(diǎn)，若存在離 散點(diǎn)，則刪除該離散點(diǎn)后重新擬合，直到不再存在離散點(diǎn)為止。
[0055]本發(fā)明也可以根據(jù)相機(jī)模型所確定的圖像坐標(biāo)系與攝像單元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系， 標(biāo)定可移動(dòng)平臺(tái)在攝像單元坐標(biāo)系的前進(jìn)方向或回轉(zhuǎn)中心；
[0056]具體地，圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到攝像單元坐標(biāo)系的公式為：
，其中，s是 攝像單元在可移動(dòng)平臺(tái)上安裝距離工作平面的高度，即工作平面在相機(jī)坐標(biāo)系中的高度，A 為相機(jī)內(nèi)參矩陣，
是某點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)：
為該點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
[0057]將圖像坐標(biāo)系中的標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)變換到攝像單元坐標(biāo)系中，在攝像單元坐標(biāo)系中根 據(jù)步驟S12所述方法得到可移動(dòng)平臺(tái)的前進(jìn)方向矢量或根據(jù)步驟S22得到可移動(dòng)平臺(tái)的回 轉(zhuǎn)中心，或者直接將圖像坐標(biāo)系中得到的可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)方向矢量或回轉(zhuǎn)中心變換 到攝像單元坐標(biāo)系中，得到可移動(dòng)平臺(tái)在攝像單元坐標(biāo)系下的前進(jìn)方向矢量或回轉(zhuǎn)中心。
[0058] 本發(fā)明也可以根據(jù)攝像單元相對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)的外參信息，以及可移動(dòng)平臺(tái)幾何 結(jié)構(gòu)所確定的攝像單元坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系標(biāo)定可移動(dòng)平臺(tái)在空間坐標(biāo)系中 的前進(jìn)方向或回轉(zhuǎn)中心；
[0059] 具體地，攝像單元坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到空間坐標(biāo)系的公式為
，其中，R表 示可移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)攝像單元坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，
為圖像中某點(diǎn)在可移動(dòng)平臺(tái)的空 間坐標(biāo)中的坐標(biāo)，t為可移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)攝像單元坐標(biāo)的平移變化矩陣；
[0060] 將在攝像單元獲取的標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)變換到空間坐標(biāo)系中，在空間坐標(biāo)系中根據(jù)步驟 S12所述方法得到可移動(dòng)平臺(tái)的前進(jìn)方向矢量或根據(jù)步驟S22得到可移動(dòng)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心， 或者直接將攝像單元坐標(biāo)系中得到的可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)方向矢量或回轉(zhuǎn)中心變換到 空間坐標(biāo)系中，得到可移動(dòng)平臺(tái)在空間坐標(biāo)系下的前進(jìn)方向矢量或回轉(zhuǎn)中心。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述標(biāo)定裝置可用于可移 動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向和/或回轉(zhuǎn)中心的標(biāo)定，包括： 攝像單元，朝向工作平面獲取圖像，記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo);所述標(biāo)記點(diǎn)為置于工作 平面上，在可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中位于攝像單元視野范圍內(nèi)，并且在所述圖像中可被唯一 確定的點(diǎn)； 計(jì)算單元，從圖像中獲取標(biāo)記點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)圖像坐標(biāo)系中的若干標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到 標(biāo)記點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理獲取圖像坐標(biāo)系中可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的前進(jìn) 方向和/或回轉(zhuǎn)中心。2. 如權(quán)利要求1所述的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元將圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換到攝像單元坐標(biāo)系中，其轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)相機(jī)模型確定。3. 如權(quán)利要求2所述的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述計(jì)算單元根據(jù)攝像單元相對(duì)于可移 動(dòng)平臺(tái)的外參信息，以及可移動(dòng)平臺(tái)幾何結(jié)構(gòu)所確定的攝像單元坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn) 換關(guān)系，將攝像單元坐標(biāo)系中的坐標(biāo)變換到空間坐標(biāo)系中。4. 一種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向標(biāo)定方法，應(yīng)用如權(quán)利要求1所述標(biāo)定裝 置，其特征在于，包括以下步驟： 步驟11、可移動(dòng)平臺(tái)直行，標(biāo)記點(diǎn)置于可移動(dòng)平臺(tái)的直行路徑上，在可移動(dòng)平臺(tái)直行過 程中，標(biāo)記點(diǎn)位于攝像單元視野范圍內(nèi)時(shí)，攝像單元多次獲取圖像，并記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)坐 標(biāo)； 步驟12、根據(jù)直線擬合算法擬合記錄的標(biāo)記點(diǎn)，得到標(biāo)記點(diǎn)在圖像中的運(yùn)動(dòng)軌跡，即圖 像坐標(biāo)系中標(biāo)記點(diǎn)的前進(jìn)方向矢量，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理獲取圖像坐標(biāo)系中可移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng) 的前進(jìn)方向矢量。5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)相機(jī)模型所確定的圖像坐標(biāo)系與攝像單 元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，標(biāo)定可移動(dòng)平臺(tái)在攝像單元坐標(biāo)系的前進(jìn)方向。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，根據(jù)攝像單元相對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)的外參信 息，以及可移動(dòng)平臺(tái)幾何結(jié)構(gòu)所確定的攝像單元坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系標(biāo)定可移 動(dòng)平臺(tái)在空間坐標(biāo)系中的前進(jìn)方向。7. -種基于視覺識(shí)別的可移動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心標(biāo)定方法，應(yīng)用如權(quán)利要求1所述標(biāo)定裝 置，其特征在于，包括以下步驟： 步驟21:可移動(dòng)平臺(tái)自轉(zhuǎn)一周，在可移動(dòng)平臺(tái)自轉(zhuǎn)過程中，標(biāo)記點(diǎn)位于攝像單元視野范 圍內(nèi)，攝像單元多次獲取圖像，并記錄圖像中標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)； 步驟22:根據(jù)橢圓擬合算法將記錄的標(biāo)記點(diǎn)擬合成橢圓，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，擬合橢圓 的中心即為可移動(dòng)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心。8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)相機(jī)模型所確定的圖像坐標(biāo)系與攝像單 元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，標(biāo)定可移動(dòng)平臺(tái)在攝像單元坐標(biāo)系的回轉(zhuǎn)中心。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)攝像單元相對(duì)于可移動(dòng)平臺(tái)的外參信 息，以及可移動(dòng)平臺(tái)幾何結(jié)構(gòu)所確定的攝像單元坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，標(biāo)定可 移動(dòng)平臺(tái)在空間坐標(biāo)系中的回轉(zhuǎn)中心。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK105869150SQ201610172912
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】章逸豐, 戴舒煒
【申請(qǐng)人】杭州南江機(jī)器人股份有限公司