[發(fā)明專利]一種基于單攝像機(jī)室內(nèi)機(jī)器人障礙物定位的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110051721.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN112884845B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高發(fā)欽;姜?jiǎng)P;王子彤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東浪潮科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80;G06T7/70;G06T3/60
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 李桂存

本發(fā)明提供了一種基于單攝像機(jī)室內(nèi)機(jī)器人障礙物定位的方法。首先使用張正友標(biāo)定法，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到內(nèi)參數(shù)。將攝像機(jī)安裝在機(jī)器人固定高度，向下傾斜固定的角度。在正前方放置棋盤格作為標(biāo)定板，計(jì)算出攝像機(jī)坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系的位置變換矩陣，進(jìn)而得到攝像機(jī)的傾斜角度和光心距離地面的高度。攝像機(jī)采集路面圖像，找到障礙物的圖像坐標(biāo)，然后計(jì)算障礙物在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的的三維坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換到機(jī)器人坐標(biāo)系下，就可以知道障礙物相對(duì)于機(jī)器人的位置了。本發(fā)明僅使用單個(gè)攝像機(jī)，安裝簡(jiǎn)單，成本低廉；不需要特征點(diǎn)匹配，計(jì)算量小，不會(huì)出現(xiàn)誤匹配；算法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好；不要求路面有很強(qiáng)的紋理特征，適應(yīng)性廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域一種基于單攝像機(jī)室內(nèi)機(jī)器人障礙物定位的方法，用來檢測(cè)前方路面有無障礙物及其具體坐標(biāo)。

背景技術(shù)

室內(nèi)機(jī)器人在室內(nèi)工作時(shí)，需要檢測(cè)前方路面有無障礙物及其具體坐標(biāo)，來及時(shí)調(diào)整姿態(tài)或者規(guī)劃路徑。現(xiàn)有的機(jī)器人障礙物檢測(cè)技術(shù)，有的用朝前發(fā)射超聲波檢測(cè)障礙物，但是這只能檢測(cè)到正前方特定高度上某條線上的障礙物，對(duì)于其他位置的障礙物檢測(cè)不到；有的使用雙目立體視覺，但是一般路面紋理具有很大的一致性，或者光滑路面沒有很強(qiáng)的紋理特征，雙目特征匹配非常困難，而且雙目立體視覺的計(jì)算量很大；有的使用結(jié)構(gòu)光方案，解決了雙目中匹配算法的復(fù)雜度和魯棒性問題，但是在強(qiáng)光下，結(jié)構(gòu)光核心技術(shù)激光散斑會(huì)被淹沒；有的使用激光雷達(dá)，但是激光雷達(dá)價(jià)格昂貴，而且得到的只是稀疏點(diǎn)云。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供了一種基于單攝像機(jī)室內(nèi)機(jī)器人障礙物定位的方法，本發(fā)明僅使用單個(gè)攝像機(jī)，安裝簡(jiǎn)單，成本低廉；不需要特征點(diǎn)匹配，計(jì)算量小，不會(huì)出現(xiàn)誤匹配；；算法簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好；不要求路面有很強(qiáng)的紋理特征，適應(yīng)性廣。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

步驟1，對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，得到內(nèi)參數(shù)其中/和/分別表示攝像機(jī)在x和y方向上以像素為單位的焦距長(zhǎng)度，(u₀,v₀)表示光心在圖像上的像素坐標(biāo)；

步驟2，標(biāo)定得出攝像機(jī)相對(duì)于機(jī)器人坐標(biāo)系的位置關(guān)系。將攝像機(jī)安裝在機(jī)器人固定高度，向下傾斜固定的角度，在正前方放置棋盤格作為標(biāo)定板，計(jì)算出攝像機(jī)坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系的位置變換矩陣T_{cam_to_rob}，進(jìn)而得到攝像機(jī)的傾斜角度α和光心距離地面的高度H；T_{cam_to_w}是從攝像機(jī)坐標(biāo)系到棋盤格坐標(biāo)系的變換矩陣，由相機(jī)拍攝棋盤格的圖像，運(yùn)行標(biāo)定程序，計(jì)算外參數(shù)得到；

T_{w_to_rob}是從棋盤格坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的變換矩陣，由測(cè)量棋盤格相對(duì)機(jī)器人的位置得到；

T_{cam_to_rob}是從攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系的變換矩陣，T_{cam_to_rob}＝T_{cam_to_w}T_{w_to_rob}；

從攝像機(jī)坐標(biāo)系到機(jī)器人坐標(biāo)系，是先繞X軸逆向旋轉(zhuǎn)90°-α，對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩陣是即/

對(duì)應(yīng)的平移向量是t＝[0,-H,-L]，因此

由T_{cam_to_rob}＝T_{cam_to_w}T_{w_to_rob}得到T_{cam_to_rob}的各個(gè)元素后，根據(jù)得到H和α的值；

步驟3，攝像機(jī)采集路面圖像，找到障礙物的圖像坐標(biāo)。

通過圖像處理、深度學(xué)習(xí)或者人工標(biāo)注的方法，在圖像中找到障礙物區(qū)域，其中縱坐標(biāo)最大的點(diǎn)，就是障礙物的邊緣和地面的交點(diǎn)，記錄其圖像像素坐標(biāo)(u,v)。

步驟4，計(jì)算障礙物在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的的三維坐標(biāo)。