[发明专利]一种基于二维码的平面定位坐标与方向角测量方法

权利要求书

1.一种基于二维码的平面定位坐标与方向角测量方法，其特征在于：步骤如下：

步骤S1，在工控器件需要进行站点定位采样的位置铺设二维码，其中二维码为符合二维码国家标准的普通二维码即可，其编码内容可根据用户的实际需要进行编码设计；

步骤S2，当工控器件位于站点位置时，通过安装在器件上的摄像头对二维码图像进行采样；

步骤S3，对采样所得的二维码图像先进行灰度处理，再按照指定的阈值进行二值化处理；

步骤S4，提取二值化后的二维码图像中各个图案的轮廓；

步骤S5，从提取图案轮廓所得图像中初步筛选出近似正方形的轮廓；

步骤S6，筛选并保留位置探测图形7×7模块的外轮廓，并计算轮廓的中心坐标；

步骤S7，检验步骤S6中提取的位置探测图形轮廓是否合理有效，若有效则继续步骤S8，否则调整步骤S3中二值化处理的阈值重复后续操作，直至重复次数达到上限次数而停止；

步骤S8，计算二维码的中心坐标和参考旋转轴坐标，并以此计算出成像设备光点相对于二维码的平面定位坐标和方向角；

正方形ο₁、ο₂、ο₃为二维码三个位置探测区的正方形模块外轮廓，其边长为7，三角形o₁o₂o₃为等腰直角三角形，原点o为二维码的中心点，并记向量为参考旋转轴向量，在视觉图像处理领域，每个规则图形的图案轮廓中心坐标可用图案的一阶中心矩表示，因此ο₁、ο₂、ο₃的坐标值可通过公式(1)计算得到：

其中，m，n表示各像素点坐标的下标；m₀₀为图像的零阶空间矩；m₁₀、m₀₁表示图像在x,y方向上的一阶空间矩；value(m,n)表示图像各点的像素值；表示图像在x轴方向上的一阶中心矩；表示图像在y轴方向上的一阶中心矩；

根据等腰直角三角形的图形特性确定三角形直角边和斜边，以此判断参考旋转轴的坐标值和方向，二维码中心坐标o取ο₁与ο₂的中点坐标，计算成像设备相对于二维码的平面定位坐标时，通过公式(2)计算得到：

其中：Δx和Δy分别表示横、纵向位置误差；实际采集二维码的中心坐标为o(o_x,o_y)；成像设备的分辨率为(2X)×(2Y)；S_x表示二维码的位置探测图形像素面积；S₀表示二维码的实际面积；D为探测图形外轮廓的实际尺寸，实验中使用的二维码D＝12.8mm，计算成像设备相对于二维码的方向角θ时，值域为[-180°,+180°]，以逆时针旋转为正，若标准参考旋转轴为向量实际旋转轴为向量则可通过公式(3)计算得到方向角θ：