[發明專利]一種基于視覺移動目標的大視場二維實時定位系統及方法

在審

• 申請號: 202110379232.2
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113112543A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 周東;吳文亮;殷慶文;李晉航;李勇;張寒
• 申請（專利權）人: 東方電氣集團科學技術研究院有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/80;G06T1/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

1.一種基于視覺移動目標的大視場二維實時定位系統，其特征在于：包括工具擱架、圖像采集系統和靶標，圖像采集系統安裝于工具擱架的上部，靶標放置于工具擱架下端的移動機器人上，移動機器人位于圖像采集系統采集范圍的平面內；

所述工具擱架，用于放置不同工具的擱架，并且用于限制移動機器人在平面內的移動范圍；

所述圖像采集系統，至少包括工業相機1#和工業相機2#，用于采集靶標的圖像；

所述靶標，是放置于移動機器人上的一棋盤格標定板，該棋盤格標定板上設置有一便于采集和標記識別的圖形；移動機器人的移動范圍為圖像采集系統的采集范圍，即工業相機所能采集到的視場內。

2.根據權利要求1所述的基于視覺移動目標的大視場二維實時定位系統，其特征在于：所述圖像采集系統還包括三兩組光源，工業相機和光源沿一條直線間隔安裝于工具擱架上。

3.根據權利要求1或2所述系統進行基于視覺移動目標的大視場二維實時定位方法，其特征在于步驟如下：

(1)對圖像采集系統的工業相機進行標定，確定工業相機的內參矩陣；

(2)求取相機坐標系之間的轉換矩陣；

(3)對移動機器人平面進行標定，得到移動機器人平面分別相對于兩個相機的相機坐標系的外參矩陣；

(4)進行靶標識別，匹配模板，在模板中進行處理得到移動機器人的圖像坐標；

(5)將得到的圖像坐標換算為世界坐標。

4.根據權利要求3所述基于視覺移動目標的大視場二維實時定位方法，其特征在于步驟如下：步驟(1)是通過圖像采集系統采集圖像形成圖像集，利用張氏標定法計算出兩個工業相機的內參矩陣H₁和H₂。

5.根據權利要求4所述基于視覺移動目標的大視場二維實時定位方法，其特征在于：所述圖像集稱為標定圖像集，不同工業相機的圖像集分別為不同的標定圖像集，圖像集中的每張圖像均能清晰穩定找到棋盤格標定板的角點，每張圖像中的棋盤格標定板在同一相機坐標系下具有不同姿態和布滿單個相機的視場。

6.根據權利要求3所述基于視覺移動目標的大視場二維實時定位方法，其特征在于步驟如下：步驟(2)是先將棋盤格標定板置于兩個工業相機的共同視場區內，使得兩個工業相機均能穩定提取到棋盤格標定板的角點；然后，兩個工業相機分別采集共同視場區內的棋盤格標定板的參考圖片，被采集到的參考圖片分別置于各自對應的標定圖像集中，分別計算出參考圖片對應的工業相機外參矩陣，得到兩個相機坐標系之間的轉換關系：

其中：[X_c1,Y_c1,Z_c1]、[X_c2,Y_c2,Z_c2]分別為兩個工業相機的相機坐標系，[X_w,Y_w,Z_w]為棋盤格標定板的坐標系坐標；L₁和L₂分別為標定求出的棋盤格標定板分別相對于兩個相機坐標系的外參矩陣，包括旋轉矩陣和平移向量；為L₂的逆矩陣，定義為Mt，即兩個相機坐標系間的轉換矩陣。

7.根據權利要求3所述基于視覺移動目標的大視場二維實時定位方法，其特征在于步驟如下：步驟(3)是將棋盤格標定板置于移動機器人表面，采集圖像，并將采集到的圖像分別放入對應工業相機的標定圖像集中，計算出移動機器人平面分別相對于兩個工業相機的相機坐標系的外參矩陣，定義為T₁和T₂。

8.根據權利要求3所述基于視覺移動目標的大視場二維實時定位方法，其特征在于步驟如下：步驟(4)是通過歸一化的相關性度量公式來計算子圖與模板圖之間的灰度的匹配程度，得到一個匹配的模板；在所述匹配的模板中，利用灰度二值化，得到棋盤格標定板上圖形的大致范圍，進行擬合，得到靶標上圖形的中心，將中心的圖像坐標當做移動機器人的圖像坐標。