[发明专利]一种采用多束光确定位置姿态的系统和方法

权利要求书

1、一种采用多束光确定位置姿态的系统，其特征在于：包括基准平面、需要确定位姿的物体、固定在物体上的光束发射装置、摄像机、计算装置；其中基准平面为位置和姿态已知的光滑平面，并具有反射光束发射装置发出的光的功能，光束投射在上面形成投射图案，供摄像机采集；光束发射装置固定在需要确定位姿的物体上，随着物体的运动而运动，并向基准平面发射三束或以上光束且光束之间的夹角已知；摄像机与基准平面的位置固定并且基准平面在摄像机的摄像范围内，摄像机需要标定，即建立摄像机获得的投射图案的位置与基准平面上的点的位置之间的映射关系，如果摄像机与基准平面的位置或姿态有变化，需要重新标定；摄像机对包括投射图案在内的基准平面的原始图像进行采集，并传输给计算装置；计算装置获取原始图像进行图像处理，并进行光束投射图案的位置计算，进而完成需要确定位姿的物体的空间六自由度的位置和姿态的计算。

2、一种采用多束光确定位置姿态的方法，该方法使用权利要求1所述系统确定物体的位置和姿态，包括以下步骤：

(1)在需要确定位置姿态的物体上加装光束发射装置，该装置发射的光束投射到基准平面上形成投射图案；

(2)在基准平面上建立坐标系，将摄像机与基准平面的位置固定并使得基准平面在摄像机的摄像范围内，然后对摄像机进行标定，即建立摄像机获得的投射图案的位置与基准平面上的点的位置之间的映射关系，如果摄像机与基准平面的位置或姿态有变化，需要重新标定；

(3)通过已经标定的摄像机以单幅或连续方式获取带有投射图案的图像并传输给计算机，或进行简单的图像处理后传送；

(4)通过图像处理方法识别各个投射图案，并根据摄像机标定的结果确定各投射图案的坐标；

(5)根据各投射图案的位置及光束的夹角计算出发射装置到各个投射图案的连线的长度，进而计算出物体相对于基准平面的位置和姿态。

3、根据权利要求2所述的确定物体位置姿态的方法，其特征在于通过光束发射装置发射不同颜色的光束形成不同颜色来区分投射图案。

4、根据权利要求2所述的确定物体位置姿态的方法，其特征在于：通过发射装置发射不同形状的光束形成不同图案来区分投射图案。

5、根据权利要求2或3或4所述的确定物体位置姿态的方法，其特征在于：通过与光束相同或相近颜色的滤光片来提高对投射图案位置的识别能力。

6、根据权利要求2或3或4所述的确定物体位置姿态的方法，其特征在于：采用二维空间方位已知基准平面进行摄像机标定，采用三束均布的光线投射到基准平面形成投射图案，通过二值化处理和边缘检测算法识别投射图案，并通过几何计算确定物体相对于已知平面的六自由度位置和姿态。

7、根据权利要求5所述的确定物体位置姿态的方法，其特征在于：采用二维空间方位已知基准平面进行摄像机标定，采用三束均布的光线投射到基准平面形成投射图案，通过二值化处理和边缘检测算法识别投射图案，并通过几何计算确定物体相对于已知平面的六自由度位置和姿态。