[發(fā)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

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• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113112545B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜光;朱家輝;陳浩
• 申請（專利權(quán)）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(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發(fā)明公開了一種基于計算機視覺的手持移動打印裝置定位方法，其實現(xiàn)過程是：(1)構(gòu)建定位場景；(2)建立世界坐標系；(3)確定打印平面；(4)建立打印坐標系；(5)計算坐標系變換矩陣；(6)計算位姿變換矩陣；(7)實時計算打印裝置位姿。本發(fā)明使用單個相機和簡單算法實現(xiàn)定位，用較低的成本實現(xiàn)對手持移動打印裝置的實時定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間定位領(lǐng)域，更進一步涉及空間定位領(lǐng)域中的一種基于計算機視覺的手持移動打印裝置定位方法。本發(fā)明用于手持移動打印裝置，打印裝置上的相機持續(xù)獲取圖像，通過對圖像的處理可以實現(xiàn)對打印裝置自身的實時定位。

背景技術(shù)

不同于傳統(tǒng)打印機，手持移動打印機體積小巧，便攜性好，可打印長條形圖案，由于沒有定位功能，若要打印幅面較大的圖案，則只能依靠經(jīng)驗手工拼接打印，往往拼接打印效果不好。若手持移動打印機可獲得高頻高精度定位信息，那么就可以根據(jù)打印頭位置打印所需圖像，則可不受幅面限制地，不受框架限制地在進行高精度手持移動打印。

現(xiàn)有的定位技術(shù)主要分為無線定位和光學定位。無線定位技術(shù)有藍牙定位、wifi定位、超帶寬定位等。光學定位技術(shù)有紅外定位和計算機視覺定位。其中無線定位的穿透性較高但定位精度較低，光學定位的精度較高但穿透性較低。計算機視覺定位可以實現(xiàn)攝像頭視場內(nèi)大范圍的高精度定位，適合于對手持移動打印裝置進行定位。

目前的針對手持移動打印裝置的計算機視覺定位方法是通過外置的雙目或多目相機對標記物進行三維重建實現(xiàn)的。在手持移動打印裝置上放置標記點，多個相機從不同的視角拍攝標記點，檢測圖像上的標記點后，利用三角測量原理獲取標記點的深度信息，通過這些深度信息重建出標記點的三維模型，從而實現(xiàn)對手持移動打印裝置的三維定位，獲得其位姿信息。這種多目重建的定位方法處理每幀圖像所需的計算量較大，因此固定時間內(nèi)處理的圖像幀較少，往往定位頻率低，與此同時，至少需要兩個相機才能進行定位，實現(xiàn)定位的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提出了一種基于計算機視覺的手持移動打印裝置定位方法，解決現(xiàn)有定位技術(shù)中存在的計算量大導致的定位頻率低，所需相機數(shù)目多導致的高成本的問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的思路是，利用手持移動打印裝置上的單目相機獲取的圖像信息，根據(jù)像素點和世界坐標系中的點之間攝影幾何關(guān)系計算相機在世界坐標系下的位姿，通過一系列坐標系變換可得到手持移動打印裝置的打印頭在打印坐標系下的位姿，每獲得一幀圖像都進行以上步驟，計算打印裝置位姿，實現(xiàn)手持移動打印裝置的實時定位。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體步驟如下：

(1)構(gòu)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(nèi)；

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

(3b)若打印區(qū)域是非矩形，則用該打印裝置的相機在該非矩形打印區(qū)域內(nèi)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(qū)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(cè)，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；