[发明专利]基于平行四边形的单目视觉单幅图像定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像定位方法。特别是涉及一种对物体旋转角度识别基于平行四边形的单目视觉单幅图像定位方法。

背景技术

随着传感器技术、网络技术已经图像技术的发展，基于视觉的定位技术已成为一门快速发展的新型学科，在机器人导航、航空航天飞行器的定位于抓取、虚拟现实等技术中得到了越来越广泛的应用。

基于视觉的定位大体可以分为基于多福图像的定位和基于单幅图像的定位，其中基于单幅图像的定位由于不需要确定图像点之间的对应关系，应用更加广泛。PnP问题是基于单幅图像对物体惊喜定位的一种有效方法，也是应用最广泛的方法。PnP问题是指给定n组空间点与图像点之间的对应关系，确定物体坐标系与摄像机坐标系刚体变换关系的一种方法，该问题自1981年提出之后，引起了国内外学者的广泛重视，针对PnP问题求解进行了大量研究与探讨，取得了很多有价值的成果，特别的在P4P问题中，如果4个空间点共面且其所在平面与摄像机光轴不平行时，则对应的共面P4P问题有唯一解。在P4P问题中，如果4个空间共面点组成平行四边形时，该P4P问题的解可以通过平行四边形的两个消隐点很方便的求解，因此通过构造具有平行四边形几何约束的4个特征点来实现通过单幅图像的物体定位操作方便，鲁棒性强，具有很高的工程应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现物体空间定位的基于平行四边形的单目视觉单幅图像定位方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于平行四边形的单目视觉单幅图像定位方法，是仅通过单幅图像上具有平行四边形几何约束的四个特征点实现物体的空间定位，具体包括如下步骤：

（1）视觉传感器采集平行四边形图像，通过图像处理算法求取平行四边形四个顶点成像点在摄像机坐标系下的坐标；

（2）借助两个消隐点求取在摄像机坐标系下平行四边形所在平面的法线；

（3）在步骤（2）的基础上，根据透视成像模型求取平行四边形四个顶点在摄像机坐标系下的坐标；

（4）根据平行四边形四个顶点在摄像机坐标系下的坐标及四个顶点在物体坐标系下的坐标求取物体的空间位姿。

步骤（2）所述的求取在摄像机坐标系下平行四边形所在平面的法线是：

设定O_c-x_cy_cz_c为摄像机坐标系，P₁P₂P₃P₄为空间平行四边形，Q₁Q₂Q₃Q₄为它们在像平面的成像点；V₁、V₂为平行四边形P₁P₂P₃P₄两组平行对边对应的消隐点，即点V₁为直线Q₁Q₂与直线Q₃Q₄的交点，点V₂为直线Q₁Q₄与直线Q₂Q₃的交点，设r_a表示V₁、O_c两点之间的矢量，r_b表示V₂、O_c两点之间的点之间的矢量，在摄像机坐标系下平行四边形所在平面的法线n=[x_n,y_n,z_n]为

n=r_a×r_b/|r_a×r_b|

当Q₁Q₂//Q₃Q₄（或Q₁Q₄//Q₂Q₃）时，V₁（或V₂）点无法得到，此时将Q₁和Q₂或Q₂和Q₃两点之间的矢量记为r_a（r_b）。

步骤（3）所述的根据透视成像模型求取平行四边形四个顶点在摄像机坐标系下的坐标具体为：