[发明专利]一种基于机器视觉的自动洗车的控制装置及其控制方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的自动洗车的控制装置，其特征在于：包括主控制器(10)、协处理器(20)以及摄像机系统(30)，其中，

摄像机系统(30)，用于获取待清洗车辆的图像信息，并将待清洗车辆的图像信息发送至主控制器(10)；

主控制器(10)，用于对待清洗车辆的图像信息进行处理得到待清洗车辆的外围轮廓，主控制器(10)存储此外围轮廓的二维坐标，并将此二维坐标转化为摄像机系统坐标系下的三维坐标；主控制器(10)根据摄像机系统坐标系下的三维坐标，转化得到待清洗车辆的外围轮廓在世界坐标系下的三维坐标，并将待清洗车辆的外围轮廓的世界坐标系下的三维坐标发送至协处理器(20)；

协处理器(20)，其与机械臂相连接，协处理器(20)用于根据待清洗车辆的外围轮廓的世界坐标系下的三维坐标来控制机械臂进行洗车；主控制器(10)中的世界坐标系与机械臂所处的世界坐标系相同；

所述控制装置还包括构成停车区域的长方形的停车位检测边线(1)，所述主控制器(10)选取长方形的停车位检测边线(1)的一个角作为世界坐标系的原点，此世界坐标系的原点也即为机械臂所处的世界坐标系的原点；主控制器(10)以世界坐标系原点为相交点的两条边中的一条为X轴方向，另一条为Y轴方向，垂直地面向上的为Z轴方向；

摄像机系统(30)处于待清洗车辆的正上方；

所述摄像机系统(30)包括双目摄像机，所述双目摄像机包括第一镜头和第二镜头，第一镜头和第二镜头的像平面位于同一平面，光轴严格平行，距离一定，焦距相同；第一镜头和第二镜头在同一时刻获取待清洗车辆的外围轮廓的同一个二维坐标；

所述主控制器(10)对待清洗车辆的图像信息进行预处理，得到预处理后的待清洗车辆的图像信息的具体操作步骤包括：所述主控制器(10)对待清洗车辆的图像信息进行高斯滤波处理，得到预处理后的待清洗车辆的图像信息；

所述主控制器(10)根据预处理后的待清洗车辆的图像信息，得到待清洗车辆的外围轮廓的二维坐标的具体操作步骤包括：

所述主控制器(10)对预处理后的待清洗车辆的图像信息依次进行灰度化、二值化处理，得到待清洗车辆的外围轮廓，利用CANNY边缘方法检测待清洗车辆的外围轮廓，基于OPENCV视觉函数库，利用FindContours函数实现查找面积最大的外围轮廓，并存储此外围轮廓的二维坐标；

所述主控制器(10)将待清洗车辆的外围轮廓的二维坐标转换到待清洗车辆的外围轮廓在世界系下的三维坐标，具体操作步骤包括：

此同一个二维坐标即为同一特征点P，特征点P在第一镜头下的坐标为P_l＝(X_l,Y_l)，特征点P在第二镜头下的坐标为P_r＝(X_r,Y_r)，其中，Y_l＝Y_r＝Y，X_l为特征点P在第一镜头下的X轴坐标，Y_l为特征点P在第一镜头下的Y轴坐标，X_r为特征点P在第二镜头下的X轴坐标，Y_r为特征点P在第二镜头下的Y轴坐标，Y为特征点P的Y轴坐标值，得到的坐标转换公式为公示(1)：

其中，f为第一镜头和第二镜头的焦距，x_c为特征点P在双目摄像机下的X轴坐标，x_c也即摄像机系统坐标系下的X轴坐标，y_c为特征点P在双目摄像机下的Y轴坐标，y_c也即摄像机系统坐标系下的Y轴坐标，z_c为特征点P在双目摄像机下的Z轴坐标，z_c也即摄像机系统坐标系下的Z轴坐标，D为第一镜头的中心投影与第二镜头的中心投影之间的距离；

特征点P在第一镜头和第二镜头的X轴坐标之间的视差d为：d＝X_l-X_r，根据视差d得到特征点P在摄像机系统坐标系下的三维坐标为公式(2)：

根据公式(2)，得到待清洗车辆的外围轮廓的世界坐标系下的三维坐标D(X_w,Y_w,Z_w,1)为公式(3)：

其中，X_w为特征点P在世界坐标系下的X轴坐标，Y_w为特征点P在世界坐标系下的Y轴坐标，Z_w为特征点P在世界坐标系下的Z轴坐标，R为旋转矩阵，N为平移矩阵，T为转置矩阵符号；

所述R由三个旋转角度确定，R＝R(α,β,γ),α、β、γ分别是摄像机系统坐标系下的点绕摄像机坐标系x、y、z轴旋转的角度；N＝(t_x,t_y,t_z)为摄像机坐标系相对于世界坐标系的平移距离，t_x,t_y,t_z分别为摄像机系统坐标系下的点相对于摄像机坐标系原点在x、y、z轴三个方向的偏移距离。