[發(fā)明專利]三維視覺定位方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110286911.1
• 申請(qǐng)日: 2011-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN102374860A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳俊寧;姚國(guó)慶;朱曉曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號(hào): G01C11/00
• 分類號(hào): G01C11/00
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 何文彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視覺定位領(lǐng)域，特別涉及一種三維視覺定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

機(jī)器視覺系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，也就是用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀的三維物體的識(shí)別。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大約80％的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)被用在檢測(cè)與機(jī)械引導(dǎo)方面。

現(xiàn)有技術(shù)中有一種視覺定位方法，其采用固定的兩個(gè)二維相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的視覺定位，具體實(shí)施時(shí)，將兩個(gè)二維相機(jī)采集的二維圖像合成3D圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的景深等計(jì)算。現(xiàn)有技術(shù)中存在的另一種用于機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的視覺定位方法則采用固定的一個(gè)二維相機(jī)結(jié)合一個(gè)三維相機(jī)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的視覺定位，具體實(shí)施時(shí)，利用二維相機(jī)采集的二維圖像完成目標(biāo)物體的粗定位，利用三維相機(jī)來(lái)完成目標(biāo)物體的相關(guān)位置參數(shù)和偏移參數(shù)的確定。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：第一，現(xiàn)有技術(shù)中通常需要兩個(gè)甚至更多的二維相機(jī)或者三維相機(jī)來(lái)完成視覺定位過程，而工業(yè)用相機(jī)的成本相對(duì)較高；第二，現(xiàn)有技術(shù)中采用的二維相機(jī)或者三維相機(jī)多采用固定式，所以這些二維相機(jī)或者三維相機(jī)的測(cè)量范圍為固定的一塊區(qū)域，測(cè)量范圍較小。

發(fā)明內(nèi)容

為了能夠減少采用多個(gè)相機(jī)的成本和加大視覺定位系統(tǒng)的測(cè)量范圍，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維視覺定位方法及系統(tǒng)。所述技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種三維視覺定位方法，所述方法包括：

將圖像采集模塊設(shè)置在目標(biāo)物體上方預(yù)定高度，所述圖像采集模塊在勻速直線運(yùn)動(dòng)過程中每隔預(yù)定時(shí)間間隔采集一幀目標(biāo)物體的二維圖像；

根據(jù)若干幀連續(xù)的所述二維圖像合成所述目標(biāo)物體的三維圖像；

將所述目標(biāo)物體的三維圖像與預(yù)定模板進(jìn)行輪廓匹配，確定所述目標(biāo)物體的中心點(diǎn)以及所述中心點(diǎn)在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

根據(jù)所述預(yù)定模板在所述目標(biāo)物體的三維圖像中確定至少三個(gè)位于定位面上的特征點(diǎn)，并根據(jù)所述至少三個(gè)特征點(diǎn)確定所述定位面所在平面，所述定位面為所述目標(biāo)物體的一個(gè)表面；

在所述空間坐標(biāo)系中確定一定位面參考平面；

根據(jù)所述定位面所在平面和所述定位面參考平面計(jì)算目標(biāo)物體與空間坐標(biāo)系各軸的偏移夾角。

進(jìn)一步地，在所述圖像采集模塊采集所述二維圖像時(shí)，使所述圖像采集模塊的成像角度固定。

進(jìn)一步地，所述將所述目標(biāo)物體的三維圖像與預(yù)定模板進(jìn)行輪廓匹配包括：將所述目標(biāo)物體的三維圖像進(jìn)行圖像的二值化；將二值化后的三維圖像中的若干個(gè)特征點(diǎn)與所述預(yù)定模板中的若干個(gè)對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)比對(duì)以進(jìn)行輪廓匹配。

進(jìn)一步地，所述并根據(jù)所述至少三個(gè)特征點(diǎn)確定所述定位面所在平面包括：利用有效區(qū)域合成工具確定所述定位面所在平面。

進(jìn)一步地，所述在所述空間坐標(biāo)系中確定一定位面參考平面包括：利用參考平面選定工具確定定位面參考平面。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述定位面所在平面和所述定位面參考平面計(jì)算目標(biāo)物體與空間坐標(biāo)系各軸的偏移夾角包括：利用與參考平面夾角選定工具計(jì)算所述定位面所在平面和所述定位面參考平面之間的夾角。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種三維視覺定位系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

被設(shè)置在目標(biāo)物體上方預(yù)定高度的圖像采集模塊，用于在勻速直線運(yùn)動(dòng)過程中每隔預(yù)定時(shí)間間隔采集一幀目標(biāo)物體的二維圖像；

圖像合成模塊，用于根據(jù)若干幀連續(xù)的所述二維圖像合成所述目標(biāo)物體的三維圖像；

模板匹配模塊，用于將所述目標(biāo)物體的三維圖像與預(yù)定模板進(jìn)行輪廓匹配，確定所述目標(biāo)物體的中心點(diǎn)以及所述中心點(diǎn)在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

定位面確定模塊，用于根據(jù)所述預(yù)定模板在所述目標(biāo)物體的三維圖像中確定至少三個(gè)位于定位面上的特征點(diǎn)，并根據(jù)所述至少三個(gè)特征點(diǎn)確定所述定位面所在平面，所述定位面為所述目標(biāo)物體的一個(gè)表面；

定位面參考平面確定模塊，用于在所述空間坐標(biāo)系中確定一定位面參考平面；

偏移角度確定模塊，用于根據(jù)所述定位面所在平面和所述定位面參考平面計(jì)算目標(biāo)物體與空間坐標(biāo)系各軸的偏移夾角。

進(jìn)一步地，所述圖像采集模塊的成像角度固定。

進(jìn)一步地，所述模板匹配模塊將所述目標(biāo)物體的三維圖像進(jìn)行圖像的二值化，然后將二值化后的三維圖像中的若干個(gè)特征點(diǎn)與所述預(yù)定模板中的若干個(gè)對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)比對(duì)以進(jìn)行輪廓匹配。