[發明專利]基于色塊視覺標記的室內單目全局定位方法

在審

• 申請號: 202011058842.4
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112200866A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 蘇金亞
• 申請（專利權）人: 無錫太機腦智能科技有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/90;G06T7/187;G06T7/136;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;屠志力

1.一種基于色塊視覺標記的室內單目全局定位方法，其特征在于，包括：

步驟S1，在室內布設多個視覺標記；每個視覺標記上設有具有編碼含義的多個色塊；色塊的顏色至少包括兩種顏色；

步驟S2，通過相機獲取圖像，并對圖像進行色塊檢測；

步驟S3，通過色域梯度一致性校驗篩選出色塊顏色區域；根據色塊顏色區域識別出色塊編碼；

步驟S4，通過色塊編碼得到相應視覺標記的全局坐標，計算相機至視覺標記的距離，以及相機的全局坐標。

2.如權利要求1所述的基于色塊視覺標記的室內單目全局定位方法，其特征在于，

視覺標記豎直設置，每個視覺標記上從上而下依次分布n個色塊，n≥2；

色塊顏色包括紅色和綠色；色塊的紅色代表0，色塊的綠色代表1。

3.如權利要求1所述的基于色塊視覺標記的室內單目全局定位方法，其特征在于，步驟S2具體包括：

步驟S201，對圖像進行色彩自適應校正的預處理；

在圖像的HSV顏色空間中，首先分割出紅色候選區域A，再擴展，得到包圍整個視覺標記中所有色塊的矩形區域B；

其次，根據亮度和飽和度計算紅色候選區域A中紅色的顯著程度P；如下式：

P＝[αY+(1-α)V]/255 (1)

其中，Y為色彩的亮度，V為飽和度；α為離線調節因子；

計算出紅色候選區域A的紅色的顯著程度P后，進行矩形區域B的色彩校正；從亮度值和色度兩個方面對矩形區域B進行調節，計算公式如下：

Y′＝k₁(1+P)y (2)

G＝k₂(1+P)g (3)

其中，y和Y′分別表示矩形區域B校正前后的亮度值，g和G分別表示矩形區域B校正前后的綠色分量值；k1和k2為系數；

步驟S202，進行色塊顏色分割，濾除色塊周圍的噪點，再將圖像做膨脹處理，并標識出色塊連通域，得到圖像中的色塊顏色區域。

4.如權利要求1、2或3所述的基于色塊視覺標記的室內單目全局定位方法，其特征在于，步驟S3中，所述通過色域梯度一致性校驗篩選出色塊顏色區域具體包括：

首先將待檢顏色區域等分為n個候選區域，n為一個視覺標記中的色塊數量；

其次通過顏色聚類算法將各色塊顏色從周圍環境中分割出來，形成二值圖像；

對待檢顏色區域每一個分割后的候選區域，在其水平方向上，采樣中心箭頭線，計算相應的梯度，對待檢顏色區域在垂直方向上，采樣兩條相向的中心箭頭線，計算相應的梯度；

一個視覺標記的二值梯度特征計算如下：

其中，F表示一個視覺標記的色塊梯度特征向量，H表示水平方向的色塊特征分布，L表示垂直方向的色塊特征分布；

再按照下式衡量色塊結構相似性S：

c_u為水平特征中上升沿個數，c_d為水平特征中下降沿個數，其大小反映了色域的雜亂程度；為相鄰水平特征中，01跳變個數的差值；k₃、k₄和k₅為系數；

將S與一個預設閾值比較，判斷候選區域是否為色塊顏色區域。

5.如權利要求1、2或3所述的基于色塊視覺標記的室內單目全局定位方法，其特征在于，步驟S4中，所述計算相機至視覺標記的距離，以及相機的全局坐標，具體包括：

首先計算相機至兩個視覺標記的橫向距離和縱向距離；

然后解算相機的全局坐標；包括：

設XY為全局坐標系，xy為相機坐標系；相機的全局坐標為未知量(X,Y,θ)；θ為相機在全局坐標系中的水平角度；

相機全局坐標按角度θ旋轉后，相機全局坐標在XY方向上的分別為：

相機同時觀察到兩個視覺標記C1和C2，已知視覺標記C1和C2的全局坐標為(X_c1,Y_c1)和(X_c2,Y_c2)，同樣將兩個視覺標記的全局坐標按角度θ旋轉后，坐標變為：

當測得相機至兩個視覺標記C1和C2的橫向距離和縱向距離分別為(x_c1,y_c1)和(x_c2,y_c2)后，得：

通過數值優化方法求解上述等式(7)-(10)即能得到相機的全局坐標。