[發明專利]最小化二維碼角點重投影誤差的目標物體六自由度定位方法及系統

在審

• 申請號: 202011522791.6
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112507755A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 莊金雷;王飛陽;陳盟;高云峰;曹雛清
• 申請（專利權）人: 蕪湖英視邁智能科技有限公司
• 主分類號: G06K7/14
• 分類號: G06K7/14;G06T7/80;G06T7/70
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 鐘雪

本發明公開了一種最小化二維碼角點重投影誤差的目標物體六自由度定位方法，包括：S1、相機C_m拍攝二維碼M圖像，獲取二維碼M角點在像素坐標系{I_m}下的坐標稱為二維碼角點像素坐標采集值；S2、讀取二維碼M角點在目標物體坐標系{L}中的坐標將二維碼M角點從目標物體坐標系{L}轉換至相機像素坐標系{I_m}，獲取二維碼M角點在像素坐標系{I_m}下的坐標稱為二維碼角點像素坐標計算值；S3、獲取與二維碼角點像素坐標采集值偏差最小的二維碼角點像素坐標計算值及該二維碼角點像素坐標計算值下的為最小重投影誤差對應的目標物體坐標系{L}相對于定位坐標系{H}的位姿。別適用于大尺寸目標物體高精度定位，也適用于某一類大尺寸物體的不同個體的識別和定位。

技術領域

本發明屬于定位技術領域，更具體地，本發明涉及一種最小化二維碼角點重投影誤差的目標物體六自由度定位方法及系統。

背景技術

二維碼，是一種按一定規律在平面上分布的、黑白相間的、記錄數據符號信息的圖形，其使用黑白矩形圖案表示二進制數據，通過光電設備掃描后自動解讀二維碼內容并識別二維碼位置。二維碼相比于一維碼，增加了定位點和容錯機制，定位點用于定位二維碼在圖像數據中的位置，容錯機制在即使沒有識別到全部的條碼、或是說條碼有污損時，也可以正確地還原條碼上的信息。目前二維碼的生成、打印、讀取和識別已相當成熟，針對一個二維碼，現有相機可快速拍攝二維碼圖像，并讀取二維碼內容以及定位二維碼角點在圖像中的位置坐標。

已有基于二維碼的定位方法大多是利用二維碼本身的結構信息以及采用的二維碼的大小尺寸信息進行定位，其定位信息包含三個維度，平面內X、Y坐標和Z軸方位角，屬于三自由度定位，自由度描述不能給出完整的姿態信息，位姿即位置和姿態，位置可用X、Y、Z坐標描述，姿態可用X、Y、Z方位角描述，不便于于目標物體的抓取。

發明內容

本發明提供了一種最小化二維碼角點重投影誤差的目標物體六自由度定位方法，旨在改善上述問題。

本發明是這樣實現的，一種最小化二維碼角點重投影誤差的目標物體六自由度定位方法，所述方法具體包括如下步驟：

S1、相機C_m拍攝二維碼M圖像，獲取二維碼M角點在像素坐標系{I_m}下的坐標稱為二維碼角點像素坐標采集值；

S2、讀取二維碼M角點在目標物體坐標系{L}中的坐標將二維碼M角點從目標物體坐標系{L}轉換至相機像素坐標系{I_m}，獲取二維碼M角點在像素坐標系{I_m}下的坐標稱為二維碼角點像素坐標計算值；

S3、獲取與二維碼角點像素坐標采集值偏差最小的二維碼角點像素坐標計算值及該二維碼角點像素坐標計算值下的為最小重投影誤差對應的目標物體坐標系{L}相對于定位坐標系{H}的位姿。

進一步的，像素坐標系{I_m}下的坐標計算公式為：

其中，為二維碼M角點在目標物體坐標系{L}中的坐標，為目標物體坐標系{L}相對于定位坐標系{H}之間的坐標轉換矩陣，為定位坐標系{H}相對于相機坐標系{C_m}之間的坐標轉換矩陣，為二維碼M角點在相機坐標系{C_m}中的坐標，為的Z坐標分量，M_m為相機C_m的內參矩陣；

內參矩陣M_m、定位坐標系{H}相對于相機坐標系{C_m}之間的坐標轉換矩陣為標定參數。

進一步的，針對所有二維碼建立優化函數，基于優化函數來獲取最小重投影誤差對應的目標物體坐標系{L}相對于定位坐標系{H}的位姿優化函數具體如下：