[發明專利]一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法及其系統

在審

• 申請號: 201810184119.7
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108279008A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 吳玉香;巫朝政;關偉鵬;陳藝榮;周澤鑫;方良韜
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;H05B33/08;H04N5/235
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法，其特征在于，所述的LED燈追蹤方法包括以下步驟：

S1、LED發光頻率控制子系統控制LED燈按照不同的頻率在“亮”、“滅”兩種狀態下變化；

S2、機器人頂部的CMOS攝像頭捕獲LED圖像，并且通過局域網傳輸到圖像處理子系統；

S3、圖像處理子系統利用OpenCV圖像處理庫對圖像進行處理，根據LED圖像的條紋特征，檢測出LED燈的位置Z_K；

S4、卡爾曼濾波器獲取LED燈的位置Z_K，將該LED燈的位置Z_K和卡爾曼濾波器預測的LED燈的位置X_K-1進行加權求和，輸出優化的LED燈的位置X_K。

2.根據權利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法，其特征在于，所述的步驟S1包括以下步驟：

S101、LED發光頻率控制子系統通過對單片機編程，使其不同管腳輸出不同頻率的脈沖序列；

S102、不同頻率的脈沖序列輸入到LED驅動電路，控制LED驅動電路輸出電流的通斷，使LED按照指定的頻率閃爍。

3.根據權利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法，其特征在于，所述的步驟S2包括以下步驟：

S201、機器人CMOS攝像頭子系統調整CMOS攝像頭的焦距，使其能清晰地捕獲到LED圖像；

S202、機器人CMOS攝像頭子系統調整CMOS攝像頭的曝光時長，其中，曝光時長不等于LED燈發光頻率的倒數的整數倍，使CMOS攝像頭能夠捕獲到黑白相間的LED燈條紋；

S203、機器人CMOS攝像頭子系統調整CMOS攝像頭的曝光補償EV從而提高拍攝到的條紋的清晰度；

S204、機器人CMOS攝像頭子系統調整CMOS攝像頭的感光度ISO從而提高拍攝到的條紋的清晰度；

S205、機器人CMOS攝像頭子系統把捕獲到的LED圖像以及機器人的運動速度U_K，通過局域網發送到圖像處理子系統。

4.根據權利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法，其特征在于，所述的步驟S3包括以下步驟：

S301、圖像處理子系統調用OpenCV圖像處理庫，將LED圖像轉換成灰度圖,然后進行高斯濾波和二值化處理，得到二值化LED條紋圖像；

S302、對二值化LED條紋圖像，進行特征提取和特征檢測，從而獲得LED的ID；

S303、對二值化LED條紋圖像，進行幾何分析，得到其中心點的像素點坐標，也就是LED燈的位置Z_K。

5.根據權利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的復雜場景下的LED燈追蹤方法，其特征在于，所述的步驟S4包括以下步驟：

S401、卡爾曼濾波器獲得LED燈的位置Z_K，以及機器人的運動速度U_K；

S402、卡爾曼濾波器利用系統狀態方程獲得優化的LED燈的位置X_K，所述的系統狀態方程如下：

X_k＝AX_k-1+BU_k-1+W_k-1

其中，X_k代表k時刻LED燈在圖像中的優化位置，是4×2的矩陣，代表4個LED燈，每個LED燈的位置有x、y兩個坐標，A是4×4的矩陣，關聯X_k與X_k-1，將其當做對角線元素為1，其他元素為0的常矩陣，U_k-1是4×2的矩陣，為k-1時刻機器人的運動速度，W_k-1為過程噪聲，為4×2的矩陣，其元素服從正態分布：w_k-1～N(0,Q)。