[发明专利]一种视觉导引及视觉里程计复用方法

说明书

本发明涉及一种视觉导引及视觉里程计复用方法，在移动机器人运动路径内设置两种颜色交替的导引线，通过视觉图像处理提取导引线的线信息作为视觉导引量，同时计算红白交替频率，实现视觉里程计功能。本发明同时提供一种视觉里程计算法以及里程计。本发明实现简单，计算量小，更适用于工程应用，使用于各类载体测速。本发明基于现有的摄像传感器里程计算，降低设计成本；本发明两种颜色的线条出现交替时确定机器人的位移，进而确定机器人的速度，不需要复杂的特征提取和匹配，减少了计算量，减少了对CPU的计算能力要求，进一步降低成本。

技术领域

本发明涉及一种视觉导引及视觉里程计复用方法，属于视觉导引及视觉里程计技术领域。

背景技术

随着“工业4.0”及“中国制造2025”的概念相继被提出，自动导引车(AutomatedGuided Vehicle，AGV)技术得到了充足发展。近几年来，移动机器人被广泛应用于物流搬运、分拣、无人泊车、安防巡逻等领域中。导引和定位技术作为移动机器人控制系统最重要的技术之一，关系到移动机器人运行的安全性、可靠性和高效性。目前国内外相关学者主要通过视觉、磁感应、激光、惯性、无线定位以及组合方式进行导引和定位，其中视觉方式因其明显的成本优势和日益凸显的潜在技术优势成为研究热门。

王视鎏在复旦大学硕士学位论文《视觉导引AGV的自动驾驶系统》中，通过AGV前方的相机采集图像信息，经过霍夫变换提取线特征，并将直线参数作为控制量进行运动控制。武星在农业机械学报发表的《视觉导引AGV鲁棒特征识别与精确路径跟踪研究》中，将感兴趣区域内的导引路径进行直线模型的最小二乘拟合。这两种视觉导引方法利用典型的线特征提取方法得到导引信息，但是不能同时得到视觉里程计信息。

吕强在传感技术学报发表的《基于SIFT特征提取的单目视觉里程计在导航系统中的实现》中，通过SIFT算法提取特征点和描述符，并在图像序列中的两帧图像进行精准匹配，并根据标定得到的图像坐标系与时间坐标系的映射关系，得到特征点的世界坐标，最终得到载体的移动距离和旋转角度。李孟在东南大学硕士学位论文《基于立体相机的室外移动机器人视觉里程计方法研究》中，利用双目立体视觉技术，提取SIFT特征点进行三维重构，并跟踪前后帧图像中的特征点，对运载体的运动进行估计。这两种典型的视觉里程计方法对特征点匹配和跟踪的精度要求很高，同时特征点提取又要耗费大量的计算资源，很难满足实时性需求。另外一个致命缺点在于过度依赖图像帧之间的相关性，导致出现场景剧烈变化时，如拐弯、高速运动等，都会容易出现大误差。

如何低成本、低计算量的实现视觉里程计功能是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种视觉导引及视觉里程计复用方法，计算红白交替频率，实现视觉里程计功能。该方法容易实现，综合成本低，适用于实际的工程应用。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种视觉导引及视觉里程计复用方法，载体运动路径内设置两种颜色交替的导引线，两种颜色构成的交替单元的长度一定，包括如下步骤：

(1)设置导引线颜色标志置为第一种颜色，并开始计时；

(2)载体上的摄像头采集图像，获得第一种颜色对应的独立通道图像Cr以及第二种颜色对应的独立通道图像Cb；

(3)根据设置的Cr图像感兴趣区域进行阈值分割，得到两种颜色的导引线的像素点坐标集；

(4)将导引线的像素坐标集进行坐标系转换得到导引线像素点在地面坐标系的坐标集；

(5)根据地面坐标系的导引线像素坐标集，计算载体的中心与导引线的距离d和载体的中轴线与导引线的夹角θ；

(6)根据设置的Cb图像感兴趣区域进行阈值分割，得到第二种颜色的导引线的像素点坐标集；