[發明專利]一種基于特殊圓環編碼的機器視覺自主定位方法和系統

有效

• 申請號: 201811409842.7
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109737962B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 王嘉輝;成澤銳;黃梓釗;孫梓瀚;陳華寬;楊上玄;陳澤鵬;蔡志崗;劉立林
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌

本發明涉及一種基于特殊圓環編碼的機器視覺自主定位方法和系統，利用攝像機拍攝包含圓環編碼圖案的圖像，圓環編碼圖案設在場地上，由一個兩色圓環或多個間隔的兩色同心圓環組成并且顏色關于圓環的某一直徑反對稱；根據從圖像上提取的ROI圖像區域內圓環編碼圖案的顏色參數變化規律讀取圓環編碼圖案的編碼；根據編碼獲取圓環編碼圖案所在的位置和攝像機相對圓環編碼圖案的朝向；根據圓環編碼圖案所在的位置和攝像機相對圓環編碼圖案的朝向、拍攝圖像時攝像機與圓環編碼圖案之間的距離和攝像機正方向與圓環編碼圖案之間的角度，解算出攝像機的位置。本發明通過對圓環編碼圖案進行特殊設計，無需慣性導航就可以實現中遠距離的機器視覺自主定位。

技術領域

本發明涉及機器視覺定位技術領域，具體涉及一種基于特殊圓環編碼的機器視覺自主定位方法和系統。

背景技術

在自動化、科技不斷發展的今天，自主定位越來越得到人們的關注，設備的自動化不僅僅是為人們減少了更多的人力，而且還節省了更多的時間。對于自動化運動設備來說，它們具有一定的運動規則，例如運動為直線運動，轉向常為停止后九十度轉向等，在這些運動規則下，定位必定是其所面臨的最關鍵問題，定位的精確度和快速性決定了其執行命令的合理性和速度。例如快遞分發小車在倉庫中的運動送貨，小車必須知道其所在的環境，所在的位置以及目的地所在的位置，從而才能夠將對應的貨物投遞到對應的位置，再例如餐廳的送餐機器人，它需要了解自身的位置才能夠更好的抵達對應的位置，而這一切都需要這些運動設備從環境中獲取自己的世界坐標。

目前，自主定位方式主要可分為兩大類，基于非視覺定位和基于視覺定位。基于非視覺定位的自主定位技術主要有：RFID、磁性引導線、GPS等方式進行定位，這些定位方式目前發展比較成熟，但是相比基于視覺的自主定位技術，其信息利用率低，系統成本高，同時像RFID、GPS還會出現漂移現象。基于視覺的自主定位技術在這些方面有著明顯的優勢，其具有成本低，實時性好，信息利用率大等特點，主要分為脈沖編碼定位技術，圖形編碼定位技術，目前的脈沖編碼技術主要有可見光編碼定位技術，而圖形行編碼技術主要有二維碼編碼定位，色塊編碼定位和路口節點等間隔黑白圓環編碼定位等。這些方法都存在著一些自身的不足。可見光編碼定位技術在進行二維平面定位時會受到燈功率的影響而產生定位漂移現象；色塊標定定位技術中所使用的色塊極易受到環境光的影響而出現色彩的偏差，影響色彩的判別，從而很大程度的影響定位，且因為色差的問題，所能使用的顏色種類較少；二維碼編碼定位和路口節點等間隔黑白圓環編碼定位，都需要物體靠近標志物甚至是在標志物的正上方，才能夠對位置進行解算，這極大的浪費了空間的利用率且限定了移動載體的運動軌跡。

特別的，現有的一種自主機器人視覺導航中的自定位方法，在路口節點采用間隔黑白圓環編碼定位。該方法使用于基于規劃路徑下的移動載體定位，且需要非常靠近圓環標志物(亦可理解為移動載體就在標志物旁邊)，再通過采集圖像再解算才能夠得到自己的具體位置，這極大的限制了物體在空間的運動軌跡，對于空間的利用率存在著極大的浪費。同時這種編碼解碼方式具有各向同性的性質，無法從單個編碼的標記物得到運動物體的具體方向，而需通過慣性導航等方法獲取準確的位置朝向，這無疑是增添了系統的復雜程度，而這個問題對于上述所提及的其他基于視覺的定位方法也同樣存在。

發明內容

本發明為了克服上述現有技術所述的至少一種缺陷(不足)，提供一種基于特殊圓環編碼的機器視覺自主定位方法和系統，通過對圓環編碼圖案進行特殊設計，無需慣性導航就可以實現中遠距離的機器視覺自主定位。

為實現本發明的目的，采用以下技術方案予以實現：

一方面，提供一種基于特殊圓環編碼的機器視覺自主定位方法，包括：

攝像機拍攝包含圓環編碼圖案的圖像，所述圓環編碼圖案設在場地上，由一個兩色圓環或多個間隔的兩色同心圓環組成并且顏色關于圓環的某一直徑反對稱；

提取所述圖像上包含圓環編碼圖案的ROI圖像區域；