[發明專利]一種復雜環境下的視覺定位方法及系統

在審

• 申請號: 202310001633.3
• 申請日: 2023-01-03
• 公開（公告）號: CN115937318A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王新立;王國威;宋銳;李鳳鳴
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06V10/75
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

本發明涉及一種復雜環境下的視覺定位方法及系統，包括以下步驟：根據預先在待測目標物上布置的至少四個X角點標志物，建立坐標系；獲取包含X角點標志物的目標物圖像并進行模板匹配，確定模板匹配中心點坐標；根據模板匹配中心點確定感興趣區域，并在感興趣區域內進行直線檢測，得到與模板匹配中心點距離最小的k條直線和t個直線交點；確定t個直線交點的幾何中心Msubgt;0/subgt;，提取第i個標志物的X角點，通過四個所檢X角點的像素坐標和世界坐標求解PnP問題，實現視覺定位。通過直線檢測，點線距離，點點距離，確定標志物特征點位置，過濾掉其他無關角點，通過亞像素級角點檢測提取亞像素級別X角點，確定特征點位置進行視覺定位。

技術領域

本發明涉及機器視覺技術領域，具體為一種復雜環境下的視覺定位方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

視覺定位在機器人自動裝配，機器人運動建模及無人駕駛等領域具有重要的作用。在視覺定位過程中，使用相機檢測標志物特征，并通過至少4組特征點在像素坐標系與世界坐標系的對應關系來求解Pn?P(Perspective-n-Point)問題進行位姿解算是常見且行之有效的方法。

標志物的選取要求其制作簡單，放置方便，特征明確，且能與背景環境輕易區分。一般來說，可通過LED燈板、不同顏色光源、輪廓模型或圓環等作為標志物進行檢測。然而，在大型磨機、井窖或災害現場等背景復雜、條件惡劣且危險的場景下，穩定的光源無法得到保證，標志物的檢測難度大幅提高。因亮斑等背景噪聲的存在，光反射的標志物檢測存在極大的不穩定因素，局限性較大。此外，偏心誤差的存在也會使得輪廓和圓環圓心的檢測精度降低，而無法保證較高的定位精度。

X角點標志物只有黑白兩種像素，對光照的敏感性較小，且適用于光通量、細節表現、應用范圍和穩定性均強于RGB相機的單通道灰度相機；此外，X角點是兩直線交點，兩條直線的交點依舊代表現實中的交點在相機中的位置，不存在偏心誤差。因此，X角點標志物是一種理想的視覺定位標志物。

然而，因為高斯噪聲、椒鹽噪聲等存在，直接對復雜環境中的標志物進行基于灰度圖像、二值圖像或輪廓曲線的角點檢測，均會得到環境中的多余噪聲角點，導致無法完成特征點像素坐標和世界坐標的匹配，進而無法求解PnP問題完成定位。

發明內容

為了解決上述背景技術中存在的技術問題，本發明提供一種復雜環境下的視覺定位方法及系統，在復雜環境圖像中精準檢測到X標志物的X角點，是發揮X角點光照不敏感，無偏心誤差，通用性強的優勢，在復雜環境下實現視覺定位的關鍵。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的第一個方面提供一種復雜環境下的視覺定位方法，包括以下步驟：

根據預先在待測目標物上布置的至少四個X角點標志物，建立坐標系；

獲取包含X角點標志物的目標物圖像并進行模板匹配，確定模板匹配中心點坐標；

根據模板匹配中心點確定感興趣區域，并在感興趣區域內進行直線檢測，得到與模板匹配中心點距離最小的k條直線和t個直線交點；

確定t個直線交點的幾何中心M₀，提取第i個標志物的X角點，通過四個所檢X角點的像素坐標和世界坐標求解PnP問題，實現視覺定位。

建立坐標系，具體為：在待測目標物上布置至少四個相對位置固定的X角點標志物，或布置X角點標志物后通過建模獲取其相對位置；根據4個X角點標志物的位置，建立世界坐標系。

模板匹配，如下式所示：