[發明專利]一種基于彩色圖塊及其拓撲關系的視覺定位方法

有效

• 申請號: 201610046093.0
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105741268B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 仲偉波;關靜;馮友兵;石婕
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/66
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李玉平

本發明公開了一種基于彩色圖塊及其拓撲關系的視覺定位方法，通過視覺傳感器獲取由彩色圖塊組成的人工路標圖像并進行識別，利用預存的圖像與位置間的對應關系獲取對應的位置坐標。給出的人工路標具有唯一性，屬性易于提取，所構建的人工路標拓撲模式對于圖像的旋轉、扭曲等具有一定的魯棒性，人工路標拓撲模式的匹配方法快速有效，能夠滿足定位的要求。

技術領域

本發明涉及一種基于彩色圖塊及其拓撲關系的視覺定位方法，屬于定位技術領域。

背景技術

隨著科技進步和社會的發展，對基于定位的服務需求越來越多。如全球定位系統(GPS)根據衛星信號進行定位，能提供準確的經緯度、時間信息。除基于無線信號定位外，還有基于超聲波、激光以及視覺定位，隨著圖像采集設備性能的提升和圖像處理技術的發展，視覺定位越來越受到人們的重視。視覺定位即通過視覺傳感器獲取圖像，根據圖像中包含的信息實現定位。

根據視覺傳感器的個數視覺定位可分為單目視覺定位和雙(多)目視覺定位，其中單目視覺定位利用一個視覺傳感器實現定位，且沒有雙(多)目視覺定位中視差和匹配困難的問題。視覺定位的方法分為兩類：一類是預先對視覺傳感器及系統有關參數進行標定，利用圖像信息計算得到視覺傳感器的坐標實現定位；另一類是根據圖像與位置間的對應關系，通過對獲取圖像處理并與預存的圖像模式匹配實現定位，后者不需要進行預先標定。用于定位的圖像稱為路標，可以分為自然路標和人工路標兩類。自然路標即為一般場景中的標識，自然路標變化復雜，特征不明顯。人工路標是人工設計放在特定位置的標志，相比較起來設計合理的人工路標則特征突出，易于識別。

本發明給出的方法屬于第二類視覺定位方法，其一般流程是：(1)設計合適的人工路標，并建立人工路標模式與位置坐標的對照表；(2)獲取人工路標圖像并進行屬性提取；(3)構建人工路標模式并與預存模式匹配，由實現建立的模式位置對應關系獲得位置信息，從而實現定位。其中人工路標的選擇是定位的基礎，復雜的人工路標雖然含有更多的信息，但其處理難度大，速度慢，人工路標的合理性影響定位的速度和精度。在定位過程中，由于攝像頭的旋轉或傾斜可能造成圖像的旋轉或變形。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題與不足，本發明提供一種基于彩色圖塊及其拓撲關系的視覺定位方法，不需要對視覺傳感器提前標定，給出的彩色圖塊屬性提取方法、人工路標拓撲模式及其構建方法對于圖像旋轉、輕微變形都具有一定的不變性，人工路標拓撲模式識別采用分層處理，匹配速度快，定位實時性強。

技術方案：在基于彩色圖塊的單目視覺定位中，用于定位的圖像被稱為人工路標，人工路標與定位精度、速度密切相關，是定位的基礎。本發明給出一種簡單有效的人工路標方案：每個人工路標由四個彩色圖塊構成，每個圖塊有紅、綠、藍、黃四種顏色，以及圓形，正三角形，正方形，正五邊形，正六邊形，五角星形六種形狀，且屬于同一人工路標的圖塊間距離小于非同一人工路標圖塊間最小距離。由彩色圖塊顏色、形狀及位置關系形成不同的人工路標，每個人工路標對應唯一的一個位置坐標。

一種基于彩色圖塊及其拓撲關系的視覺定位方法，包括以下內容：

在定位之前按照本發明給出的人工路標拓撲模式的構建方式存儲所有的人工路標模式及其對應的坐標。

定位時通過視覺傳感器獲取的圖像中至少要含有一個完整的人工路標，為了減少光照等對視覺傳感器獲取人工路標圖像的影響，需先進行增強歸一化以利于彩色圖塊屬性的提取。本發明提出一種多通道增強融合的方法，即分別在圖像的R/G/B三個通道分別進行自適應增強，最后將三個通道增強處理的結果融合成一幅彩色圖像，并在此基礎上進行圖像顏色、形狀的計算。