[發(fā)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(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113112543A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種基于視覺移動目標的大視場二維實時定位系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括工具擱架、圖像采集系統(tǒng)和靶標，圖像采集系統(tǒng)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(tǒng)采集范圍的平面內；工具擱架用于放置不同工具的擱架和用于限制移動機器人在平面內的移動范圍；圖像采集系統(tǒng)至少包括兩個用于采集靶標圖像的工業(yè)相機；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(tǒng)的采集范圍，即工業(yè)相機所能采集到的視場內。本發(fā)明基于機器視覺技術，可以輕松實現(xiàn)目標的平面二維定位。

技術領域

本發(fā)明涉及機械視覺定位領域，屬于大目標平面二維定位技術，具體是一種基于視覺移動目標的大視場二維實時定位系統(tǒng)及方法。

背景技術

在當今的工業(yè)生產中，涉及關于機器視覺在二維測量或者二維定位的應用。其中，二維測量多數(shù)是針對小目標，以高精度需求為主；定位更多的是針對大目標，以低精度需求為主。

由于機器視覺的高準確性和自動化程度高的特點，所以二維測量或者二維定位在大多數(shù)情況下都需要基于機器視覺來實現(xiàn)。其中目標的平面二維定位在智能制造中占有重要地位，包括工業(yè)AGV自動導航等等。但是，傳統(tǒng)的機器視覺在使用過程中，始終存在精度較低的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明是一種基于視覺移動目標的大視場二維實時定位系統(tǒng)及方法，對同一平面內的二維目標進行定位，包括圖像采集、相機標定、目標的平面外參矩陣標定和靶標識別。為驗證移動機器人的控制精度、智能工廠的信息化提供AGV的位置信息等等。本發(fā)明中主要是為驗證移動機器人的控制精度。移動機器人的移動在實際中由于環(huán)境因素等等，控制精度往往無法直觀檢測，采用本發(fā)明可以驗證移動機器人的控制精度。

本發(fā)明基于機器視覺技術，采用工業(yè)相機采集圖像；對工業(yè)相機進行標定，獲取相機的內參矩陣和目標的表面外參矩陣，即相機坐標系和目標表面的轉換關系；獲取相機間的坐標轉換關系，將不同相機的坐標轉換到同一個世界坐標系下；通過識別目標靶標，利用匹配算法獲取靶標的圖像坐標；利用目標的表面的外參矩陣，并將靶標的圖像坐標轉換到世界坐標，從而實現(xiàn)目標的平面二維定位。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種基于視覺移動目標的大視場二維實時定位系統(tǒng)，包括工具擱架、圖像采集系統(tǒng)和靶標，圖像采集系統(tǒng)安裝于工具擱架的上部，靶標放置于工具擱架下端的平面內，所述平面為圖像采集系統(tǒng)的采集范圍內的平面；

所述工具擱架，用于不同工具放置的擱架，并且限制機器人在平面的運動范圍；

所述圖像采集系統(tǒng)，至少包括工業(yè)相機1#和工業(yè)相機2#(可根據實際視場范圍設置多個工業(yè)相機滿足視野需求)，用于采集靶標的圖像；所述圖像采集系統(tǒng)還包括三兩組光源，工業(yè)相機和光源間隔安裝在擱架頂部的一條直線上；

為簡化識別的過程和減少誤差，給移動機器人貼上靶標，所述靶標，是放置于移動機器人上的一棋盤格標定板，該棋盤格標定板上可以是一便于采集和標記識別的圖形，比如一白色背景的黑色實心圓或者其他靶標；移動機器人的移動范圍為圖像采集系統(tǒng)的采集范圍，即兩個工業(yè)相機所能采集到的視場，包括每個工業(yè)相機所能單獨采集到的視場。

基于上述系統(tǒng)的具體定位方法如下：

(1)相機標定

圖像采集系統(tǒng)采集圖像集，利用張氏標定法或其他標定法計算出兩個相機的內參矩陣H1和H2；目前優(yōu)先張氏標定法；

所述圖像集稱為標定圖像集，不同相機的圖像集分別為不同的標定圖像集，根據工業(yè)相機1#和工業(yè)相機2#可定義為標定圖像集1#和標定圖像集2#，每張圖像能夠清晰穩(wěn)定找到棋盤格標定板的角點，并且確保標定板在圖像中最好能夠覆蓋整個視野以及標定板覆蓋較大的深度范圍、標定板的姿態(tài)多樣化，并且棋盤格標定板在相機坐標系下具有不同姿態(tài)和布滿單個相機的視場。