[发明专利]一种智能巡检机器人摄像机角度自适应调整方法

说明书

本发明公开了一种智能巡检机器人摄像机角度自适应调整方法，其步骤为：建立单目移动式视觉测量模型，获取摄像机的内参标定数据，根据机器人初始图像目标点位置，确定后续不同时刻机器人所获取的图像目标点，再结合求解出单应性矩阵，寻找目标点在初始图像中对应的图像匹配点，利用三角测量原理，实现不同时刻机器人获取的同一目标点在摄像机坐标系下的三维位姿信息，最后得到摄像机的偏转角度。本发明解决了智能巡检机器人在工作时目标偏离机器人摄像机视野中心的问题，在机器人定位误差和云台转动误差存在的情况下，可以自适应调整摄像机角度，实现目标的精准定位与准确识别，完成机器人目标的智能巡检、故障诊断、识别和预警。

技术领域

本发明属于机器视觉测量技术领域，尤其涉及一种智能巡检机器人摄像机角度自适应调整方法。

背景技术

智能巡检机器人在特殊环境中替代人工巡检，不仅提高了现场巡检效率，降低了现场维护成本，而且减小了人工巡检的局限性，拓展了人工智能技术在特殊环境中的应用。智能巡检机器人在运行过程中，通过搭载云台和摄像机来获取要检测的设备信息和周围环境信息，利用图像处理和模式识别技术来实现特殊环境目标状态的分析和判断。在变电站、重要机房场合等特殊环境中，智能巡检机器人已经投入使用，对特殊环境中有关设备的智能检测、故障判断和周围环境异常预警取得了良好的效果。

基于单目视觉的智能巡检机器人在巡检过程中，机器人在行走与驻停时存在一定的导航和定位误差，智能巡检机器人搭载的云台也存在一定的转动误差，导致机器人要巡检的目标偏离摄像机成像的视野中心，严重情况下造成目标完全偏离摄像机成像视野范围，无法对要检测的目标成像，给后续目标的智能检测和设备故障预警判断带来一定困难。

发明内容

发明目的：针对现有技术中智能巡检机器人搭载的云台存在一定的转动误差的缺陷，本发明公开了一种智能巡检机器人摄像机角度自适应调整方法，解决了智能巡检机器人在工作时目标偏离机器人摄像机视野中心位置的问题，帮助机器人对同一目标点在摄像机获取的图像的固定位置处成像，实现目标精准定位与准确识别。

技术方案：本发明公开了一种智能巡检机器人摄像机角度自适应调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、根据摄像机的针孔成像模型，利用平面方格点的摄像机标定方法，建立单目移动式测量系统模型；

步骤B、根据三维空间坐标点与平面二维坐标点的映射关系，求出摄像机的内参数矩阵；其中内参数矩阵指摄像机自身特性相关的参数，包括摄像机的焦距和像素大小；

步骤C、通过智能巡检机器人的摄像机，获得在同一位置处两个不同时刻的机器人拍摄的两幅图像，得出基础矩阵和本质矩阵的表达式；其中基础矩阵表示两视图对极几何的内在射影关系，本质矩阵表示归一化图像坐标下的基本矩阵；

步骤D、根据步骤C所得两幅图像的投影方程，提取两个图像特征点的位置信息，包括特征点的二维坐标值；

步骤E、结合步骤D提取的图像特征点，利用8点算法，求解出基础矩阵，再结合步骤B获得的内参数矩阵，求解出本质矩阵，对本质矩阵分解，可以求得摄像机外参矩阵；外参矩阵实现了把点从世界坐标系转换到摄像机坐标系；其中摄像机外参矩阵包括旋转矩阵和平移矩阵；

步骤F、根据两幅图像之间的至少4对匹配特征点，结合SVD算法，求解两幅图像之间的单应性矩阵；其中单应性矩阵是指一个图像平面到另外一个图像平面的投影映射；

步骤G、利用机器人前后两个时刻获取的两幅图像的特征点对应的图像位置，根据步骤F求出的单应性矩阵，结合双目立体视觉测量原理和步骤E求出的摄像机内参数和外部结构参数，求出摄像机需要转动的角度，其中摄像机转动的角度就是机器人云台转动的角度；这个角度是在摄像机坐标系下的角度，可以按照摄像机坐标系的x和y轴进行分解，即是摄像机的左右和上下的转动角度，一般通过分解之后，传递给摄像机的云台，即可实现摄像机角度的调整。

优选地，所述步骤D还包括：