[發明專利]一種基于單目相機的挖掘機工作裝置測量方法

在審

• 申請號: 201711247703.4
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108007345A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 殷晨波;馬偉;馮浩;李蓉;馬夫華
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;南京大和機電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

1.一種基于單目相機的挖掘機工作裝置測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，設計位姿測量的標識板；

步驟2，標識板粘貼位置的選取：將所述標識板粘貼于挖掘機工作裝置的四個關節點；

步驟3，獲取關節點像素坐標，提取出所述標識板的中心點坐標；

步驟4，進行像素坐標和世界坐標的坐標轉換，得到各關節點的世界坐標，從而完成挖掘機工作裝置的位姿測量。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述標識板為采用直徑為33cm的紅色圓形紙板。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3包括如下步驟：

步驟3-1，不考慮所述挖掘機的回轉動作，挖掘機工作裝置的工作始終看作在同一平面內運動，該運動平面稱為測量平面，使攝像機與所述測量平面保持4.5m的垂直距離，攝像機光軸和所述測量平面垂直，即夾角保持90°，拍攝所述測量平面內的初始圖像；

步驟3-2，所述初始圖像為RGB圖像，通過公式(1)實現色彩空間轉換，將RGB圖像轉換為HSV圖像：

其中R、G和B分別表示初始圖像每個像素的紅色、綠色和藍色值，H表示色調角，S表示飽和度，V表示亮度，Vmax表示R、G、B三者中的最大值，Vmin表示R、G、B三者中的最小值，ΔV表示Vmax和Vmin的差值；

步驟3-3，對步驟3-2轉換后的HSV空間圖像應用中值濾波公式(2)進行中值濾波：

g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈W)} (2)

其中，g(x,y)為中值濾波處理后的圖像，f(x,y)為步驟3-2轉換后的HSV空間圖像，W為二維濾波器，med表示中值濾波的函數符號，f(x-k,y-l)為中值濾波函數的輸入值，(k,l)為W的中心點坐標；

步驟3-4，對步驟3-3所述經過中值濾波的圖像進行二值化處理，凸顯所述標識板的位置；

步驟3-5，對步驟3-4所述經過二值化處理的圖像進行形態學開運算得到最終的去除圖像噪聲的圖像；

步驟3-6，對步驟3-5得到的去除噪聲的圖像進行輪廓提取，運用最小圓形邊界算法進一步獲取圓形標識的中心點坐標。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3-5中所述形態學開運算即對圖像先進行腐蝕處理，再進行膨脹處理，所述腐蝕操作即對所述二值化圖像進行填充像素邊緣或0像素內部孔的操作；所述膨脹操作即對所述二值化圖像進行提取關鍵像素或去掉0像素的操作。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟4包括：通過公式(3)完成坐標轉換：

Z c u v 1 = M 1 M 2 X w Y w Z w 1 M 1 = f d x 0 u 0 0 f d y v 0 0 0 1 M 2 = R T - - - ( 3 ) ]]>

其中，Zc為攝像機的光軸，和圖像平面垂直；(u,v)為像素點的像素坐標值；M1為內參矩陣，由攝像機參數決定；M2為外參矩陣，由攝像機坐標系和世界坐標系的相對空間位置決定；f為鏡頭焦距；dx為像素點在橫軸x上的物理尺寸；dy為像素點在縱軸y上的物理尺寸；(u0,v0)為成像平面坐標系的中心坐標；R為旋轉矩陣；T為平移矩陣；(Xw,Yw,Zw)為關節點的世界坐標。