[发明专利]一种基于单目视觉的双圆形标志物定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于单目视觉的双圆形标志快速定位方法，可实时检测标记物并计算其在相机坐标系中的平面法向量及圆形标记中心位置。针对采用单圆形特征的标记物定位中出现的两组解，本发明提出一种双圆的判别方法去除虚假解，同时为保证标记物定位实时性，本发明结合PSD位置传感器缩小相机平面内标记物检测所范围，从而降低圆形标志的定位算法总时间。

技术领域

本发明涉及物体跟踪与标记领域，具体涉及一种基于单目视觉的双圆形标志物定位方法及系统。

背景技术

传统物体跟踪多基于相机平面内像素变化跟踪移动物体，若需获取空间位置则需双目相机配合，基于圆形标记的物体跟踪无法获得物体表面信息，已无法精确计算物体位置。同时由于计算的复杂度，传统方式很难实现实时定位。

现有技术中，参照图3，由单个圆环进行空间定位时，由于相机平面内投影轮廓曲线反投影时具有两组满足方程的解，从而无法确定圆形标记在空间中的位置。

发明内容

针对上述圆形标记的物体跟踪存在的技术问题，本发明提供标记可准确获取被跟踪物空间位置及物体表面法向量信息的方法及系统。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于单目视觉的双圆形标志的定位方法，包括以下步骤：

(1)图像预处理，其包括：直方图归一化、图像去噪及图像去畸变；

(2)标记识别，采用图像分类的方式，即预先采集正负样本进行训练，得到特征参数，根据此特征参数判断区域内图像是否为标记物；

(3)轮廓检测，用于提取椭圆轮廓去除背景轮廓，在由PSD位置传感器确定的区域内，采用圆形度方式，设定阈值提取椭圆轮廓，为提高轮廓精度采用亚像素插值方式细化轮廓，根据提取出的轮廓曲线椭圆1及椭圆2分别处理得到参数1和参数2，参数1、2包括由椭圆1、2解算得到的两组方向及对应的两组圆环中心坐标以及位于圆环平面上的真实点坐标；

(4)去除虚假解，由标记平面上外圆和内圆投影椭圆可得到两个真实点分别记为e₁,e₂，则有标记平面内某一直线方向记由外圆环求解得两平面表示为其中分别为满足方程解的圆形标记中心点和平面法向量。则真实平面法向量判据为：

一种基于单目视觉的双圆形特征的标记快速定位系统，包括开发板、标记物、二维PSD 位置传感器、红外LED、A/D转换器、单片机及相机；红外LED固定于标记物平面上，将LED固定于标记物中心；二维PSD位置传感器通过放置于其前部的光学镜头可在其接收平面上形成一处能量较高点，其输出电压随能量点移动而变化；AD转换器将PSD位置传感器的输出电压由模拟信号转化为数字信号；单片机则控制AD转换器的数据采集过程并将采样数据发送至开发平台。

作为一种优选，相机与二维PSD位置传感器或其他位置检测装置相对位置可通过实验或理论计算方式获得。

作为一种优选，标记物上附有可由PSD位置传感器检测的物件，在本发明的一种实现中采用红外LED。

作为一种优选，PSD二维位置传感器型号可以是PSD100-SPB。

作为一种优选，AD转换器型号可以是AD7076。

作为一种优选，单片机型号可以是STM32。

作为一种优选，开发板型号可以是Jetson TK1。

本发明的技术方案相对于现有技术有以下优点：