[發明專利]基于計算機視覺的手持移動打印裝置定位方法

有效

• 申請號: 202110403051.9
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113112545B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 姜光;朱家輝;陳浩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G01B11/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種基于計算機視覺的手持移動打印裝置定位方法，其特征在于，分別建立三個坐標系，用裝置上的相機拍攝標記圖案，計算相機位姿，利用坐標系變換矩陣和位姿變換矩陣計算打印裝置位姿，該方法的步驟包括如下：

(1)構建定位場景：

將標記圖案放置在手持移動打印裝置上的相機前，使標記圖案在相機的視場角范圍內；

(2)建立世界坐標系：

將標記圖案上任意一點作為原點，將標記圖案所在平面的法向量作為Z軸，建立一個右手三維直角坐標系作為世界坐標系；

(3)確定打印平面：

(3a)若打印區域是矩形，則用該打印裝置的相機在該矩形打印區域的三個邊角點處分別拍攝標記圖案；

(3b)若打印區域是非矩形，則用該打印裝置的相機在該非矩形打印區域內任意不共線的三點處分別拍攝標記圖案；

(4)建立打印坐標系：

(4a)若打印區域是矩形，則將步驟(3a)中所選取的三個邊角點中與其他兩點都相鄰的邊角點作為原點O₁，其它兩點分別記為A₁和B₁，A₁和B₁的位置滿足B₁在有向線段前進方向的左側，將和分別作為X軸和Y軸，將打印平面的法向量作為Z軸，建立一個右手三維直角坐標系作為打印坐標系；

(4b)若打印區域是非矩形，則將步驟(3b)中所選取的不共線的三點中的任意一點作為原點O₂，其它兩點分別記為A₂和B₂，A₂和B₂的位置滿足B₂在有向線段前進方向的左側，將打印平面的法向量作為Z軸，將作為X軸，將X軸與Z軸叉乘的結果作為Y軸，建立一個右手三維直角坐標系作為打印坐標系；

(5)計算坐標系變換矩陣；

(5a)計算每次拍攝時打印裝置的相機光心在世界坐標系中的位置；

(5b)計算相機光心在世界坐標系中的位置每兩點之間的歐式距離，根據歐氏距離和相機光心到打印平面的高度H計算每次拍攝時打印裝置的相機光心在打印坐標系中的位置，若打印區域是矩形，記相機在O₁、A₁、B₁處拍攝時相機光心在世界坐標系中3×1維度的非齊次坐標分別為W₁₁、W₁₂、W₁₃，則相機光心相對應地在打印坐標系中的非齊次坐標分別為若打印區域是非矩形，記相機在O₂、A₂、B₂處拍攝時相機光心在世界坐標系中3×1維度的非齊次坐標分別為W₂₁、W₂₂、W₂₃，則相機光心相對應地在打印坐標系中的非齊次坐標分別為其中，·表示求歐式距離操作，θ表示與之間的夾角；

(5c)根據每次拍攝時相機光心在兩個坐標系下的位置計算世界坐標系到打印坐標系的坐標系變換矩陣；

(6)計算位姿變換矩陣：

(6a)將打印裝置噴頭的端點作為原點，將噴頭出墨方向作為X軸，將噴頭排列方向作為Y軸，建立一個右手三維直角坐標系作為打印裝置坐標系；

(6b)根據相機坐標系與打印裝置坐標系之間的歐拉角和偏移量，構造打印裝置上相機的位姿到打印裝置位姿的位姿變換矩陣；

(7)實時計算打印裝置位姿：

(7a)采用與步驟(5a)相同的方法，計算打印裝置上的相機在世界坐標系中的位姿；

(7b)根據步驟(5c)中得到的坐標系變換矩陣，計算打印裝置上的相機在打印坐標系中的位姿；

(7c)采用與步驟(7b)相同的方法，根據步驟(6b)中得到的位姿變換矩陣計算打印裝置在打印坐標系中的位置和姿態。

2.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的手持移動打印裝置定位方法，其特征在于：步驟(1)中所述的標記圖案是指棋盤格、二維碼、同心圓環和灰度圖案中的任意一種。