[发明专利]主动红外点阵式人工路标及智能体定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人工路标及智能体定位系统及方法，具体涉及一种主动红外点阵式人工路标及智能体定位系统及方法，属于智能体三维测量定位测量领域。 

背景技术

机器人、无人车辆等智能体在环境中，需要知道自身的位置及姿态。采用视觉系统进行三维测量，具有成本低廉、定位精确的优点。目前在智能体定位的方法中，采用自然路标或人工路标进行定位的方法，取得了许多有益的效果。自然路标无需人为干预，对环境的改变最小，智能化程度高；然而由于环境中自然路标特征不够明显，且对算法自主识别要求精度很高，因此应用难度较大。与自然路标不同，人工路标与背景差异较大，易于识别，有利于提升智能体定位的准确度和速度。由于普通人工路标与背景都是通过可见光谱为摄像机所拍摄，普通人工路标仍然受光照的影响，鲁棒性不是很好。普通人工路标容易受背景干扰根本原因在于普通人工路标和背景都是可见光谱。如果人工路标选用与背景不同的光谱，则可以大大提高人工路标与环境的对比，有效地提高人工路标定位的鲁棒性。 

专利CN200780052937.1中提出了被动式红外人工路标及室内定位方法，但该方法需要采用昂贵的红外摄像机，成本高。专利CN201110260388.5中采用了主动红外人工路标，但是仍然采用的为红外摄像机。上述两个专利都采用了大路标点与小路标点相结合的方法来实现路标的旋转定位与ID识别，其中大路标点用于智能体的定位，并用于标记路标的X轴和Y轴，也即标识路标的旋转；小路标点用于标识（ID）的编码，但不参与定位。但两个专利都没有记载当视野中出现两个人工路标时该如何处理。而且一个人工路标存在大路标点小路标点，制作难度加大，精度降低。人工路标中仅大路标点用于三维定位，小路标点的位置信息没有得到利用，降低了路标中红外点的利用率。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种主动红外点阵式人工路标及智能体定位系统及方法，该人工路标采用普通的摄像机加红外滤光片代替红外摄像机，通过物理方法区分人工路标和环境背景，实现智能体在环境中的可靠三维定位。 

其中主动红外点阵式人工路标包括：红外LED灯阵列、平面电路板和电源；所述红外LED 灯阵列由n行n列红外LED灯组成，所述平面电路板提供红外LED灯阵列的机械安装接口和电气接口，其中n为不小于3的整数；红外LED灯阵列中纵向和横向上相邻两红外LED灯之间的间距均相等；所述电源为平面电路板供电；红外LED灯所发出的红外光谱避开可见光波段，且所有红外LED灯均为有源红外LED灯。 

主动红外点阵式人工路标的优选方式为：所述红外LED灯阵列中的每个红外LED灯的尺寸相同。 

主动红外点阵式人工路标的优选方式为：所述红外LED灯阵列中的每个红外LED灯均有一个开关控制其通断，同时通过总开关控制所有红外LED灯的通断。 

主动红外点阵式人工路标的优选方式为：所述红外LED灯阵列、平面电路板和电源均设置在路标罩内。 

基于主动红外点阵式人工路标的智能体定位系统包括：两个以上人工路标、摄像机、红外窄带滤光片和控制模块，被定位设备为智能体；所述人工路标为主动红外点阵式人工路标；在智能体的运动环境内放置两个以上人工路标，任意两个人工路标之间的距离均大于人工路标上红外LED灯阵列中相邻两红外LED灯之间的间距；在所述智能体上安装摄像机，摄像机镜头前设置红外窄带滤光片，所述红外窄带滤光片的中心频率与人工路标上红外LED灯的中心频率相同。 

在所述控制模块中采用n*n的二维二值矩阵标识人工路标的工作模式，所述人工路标的工作模式指人工路标上所有红外LED灯的通断状态；在该二维二值矩阵中，用1和0分别表示处于点亮状态下的红外LED灯和处于关闭状态下的红外LED灯；每个人工路标的二维二值矩阵具有旋转不对称性和唯一性；二维二值矩阵具有旋转不对称性和唯一性指该二维二值矩阵旋转90°、180°或270°后均和自身不相同，也不与系统中其它人工路标的二维二值矩阵相同。 

在控制模块中对每个人工路标进行数字编码，建立数字编码对人工路标二维二值矩阵标识的索引；同时对每个人工路标内部的所有红外LED灯进行编号；在控制模块中依据数字编码和红外LED灯编号，预存每个人工路标中关键灯的世界坐标信息；所述关键灯指在人工路标中选取的两个以上用于定位的红外LED灯。