[发明专利]一种基于彩色图块及其拓扑关系的视觉定位方法

说明书

本发明公开了一种基于彩色图块及其拓扑关系的视觉定位方法，通过视觉传感器获取由彩色图块组成的人工路标图像并进行识别，利用预存的图像与位置间的对应关系获取对应的位置坐标。给出的人工路标具有唯一性，属性易于提取，所构建的人工路标拓扑模式对于图像的旋转、扭曲等具有一定的鲁棒性，人工路标拓扑模式的匹配方法快速有效，能够满足定位的要求。

技术领域

本发明涉及一种基于彩色图块及其拓扑关系的视觉定位方法，属于定位技术领域。

背景技术

随着科技进步和社会的发展，对基于定位的服务需求越来越多。如全球定位系统(GPS)根据卫星信号进行定位，能提供准确的经纬度、时间信息。除基于无线信号定位外，还有基于超声波、激光以及视觉定位，随着图像采集设备性能的提升和图像处理技术的发展，视觉定位越来越受到人们的重视。视觉定位即通过视觉传感器获取图像，根据图像中包含的信息实现定位。

根据视觉传感器的个数视觉定位可分为单目视觉定位和双(多)目视觉定位，其中单目视觉定位利用一个视觉传感器实现定位，且没有双(多)目视觉定位中视差和匹配困难的问题。视觉定位的方法分为两类：一类是预先对视觉传感器及系统有关参数进行标定，利用图像信息计算得到视觉传感器的坐标实现定位；另一类是根据图像与位置间的对应关系，通过对获取图像处理并与预存的图像模式匹配实现定位，后者不需要进行预先标定。用于定位的图像称为路标，可以分为自然路标和人工路标两类。自然路标即为一般场景中的标识，自然路标变化复杂，特征不明显。人工路标是人工设计放在特定位置的标志，相比较起来设计合理的人工路标则特征突出，易于识别。

本发明给出的方法属于第二类视觉定位方法，其一般流程是：(1)设计合适的人工路标，并建立人工路标模式与位置坐标的对照表；(2)获取人工路标图像并进行属性提取；(3)构建人工路标模式并与预存模式匹配，由实现建立的模式位置对应关系获得位置信息，从而实现定位。其中人工路标的选择是定位的基础，复杂的人工路标虽然含有更多的信息，但其处理难度大，速度慢，人工路标的合理性影响定位的速度和精度。在定位过程中，由于摄像头的旋转或倾斜可能造成图像的旋转或变形。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种基于彩色图块及其拓扑关系的视觉定位方法，不需要对视觉传感器提前标定，给出的彩色图块属性提取方法、人工路标拓扑模式及其构建方法对于图像旋转、轻微变形都具有一定的不变性，人工路标拓扑模式识别采用分层处理，匹配速度快，定位实时性强。

技术方案：在基于彩色图块的单目视觉定位中，用于定位的图像被称为人工路标，人工路标与定位精度、速度密切相关，是定位的基础。本发明给出一种简单有效的人工路标方案：每个人工路标由四个彩色图块构成，每个图块有红、绿、蓝、黄四种颜色，以及圆形，正三角形，正方形，正五边形，正六边形，五角星形六种形状，且属于同一人工路标的图块间距离小于非同一人工路标图块间最小距离。由彩色图块颜色、形状及位置关系形成不同的人工路标，每个人工路标对应唯一的一个位置坐标。

一种基于彩色图块及其拓扑关系的视觉定位方法，包括以下内容：

在定位之前按照本发明给出的人工路标拓扑模式的构建方式存储所有的人工路标模式及其对应的坐标。

定位时通过视觉传感器获取的图像中至少要含有一个完整的人工路标，为了减少光照等对视觉传感器获取人工路标图像的影响，需先进行增强归一化以利于彩色图块属性的提取。本发明提出一种多通道增强融合的方法，即分别在图像的R/G/B三个通道分别进行自适应增强，最后将三个通道增强处理的结果融合成一幅彩色图像，并在此基础上进行图像颜色、形状的计算。