[发明专利]一种基于单目视觉灭点检测的ARV姿态测量方法

说明书

本发明提供一种基于单目视觉灭点检测的ARV姿态测量方法，该包括：对ARV获取的影像进行直线特征提取；对提取得到的直线进行灭点检测；计算旋转矩阵；根据旋转矩阵与姿态角的变换关系，即可得到ARV姿态角。该方法无需在物理环境中布设精密的标记点，而充分利用物理环境中的垂直结构，仅需利用ARV自身搭载的单目相机，即可获得ARV相对于物理空间坐标系的姿态。

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及移动机器人导航与定位技术，具体为一种基于单目视觉灭点检测的ARV姿态测量方法。

背景技术

随着工业自动化程度的提高，各种先进技术和设备的应用愈发普及，越来越多的工厂和仓储车间由劳动密集型转向技术密集型，实现了智能化生产和运输，由传统模式向智能化、现代化升级，使得复合机器人(ARV)在自动化生产和智能物流中的使用呈现爆发式增长，越来越多的应用于汽车制造、电力、烟草、医疗等行业。

导航定位技术是ARV系统中最为核心的技术，目的在于确定ARV当前的位置和姿态，将其提供于调度和路径规划系统。目前可用的方法主要有：通过激光雷达扫描获得ARV周围环境的点云数据，通过点云与已知环境地图配准从而实现ARV的定位，其精度高，实时性强，但成本较高；利用里程计、加速度计和陀螺仪，通过航迹推算出ARV的位置和姿态，数据更新频率高，短期精度和稳定性较好，但定位误差会随时间积累；基于视觉的方法同样受到误差累积的影响，通常采用闭环检测来减少累计误差，会产生较大的数据冗余。

发明内容

本发明针对ARV的姿态估计问题，提出了一种基于单目视觉灭点检测的姿态测量方法。

在透视投影中，灭点是空间中平行直线在无穷远点处的交点，其对应着影像中的一组直线。而直线特征是影像的一种重要特征，普遍存在于ARV工作环境中，同时具有很高的稳定性，因此在位姿估计、三维重建、目标识别中广泛使用。通常情况下，在ARV工作场景中存在着三个互相垂直的方向XYZ，基于对单目视觉影像的直线特征提取计算出的一组三个灭点分别与之对应，通过三个灭点所在的方向向量的对比关系，能够反映拍摄影像的相机的姿态，也即ARV的姿态。

根据以上原理，本发明提供的基于单目视觉灭点检测的ARV姿态测量方法，包括以下步骤：

(1)对ARV获取的影像进行直线特征提取；

(2)对提取得到的直线进行灭点检测；

(3)计算旋转矩阵；

根据旋转矩阵与姿态角的变换关系，即可得到ARV姿态角。

进一步地，对所述影像进行直线特征提取的方法包括：

对影像进行直线特征的初步提取；

对初步提取到的直线段中的断裂、连续短直线进行合并；

删除短直线段。

进一步地，对初步提取到的直线段，按照如下准则判断是否需要进行合并：

a.角度：两直线段的方向夹角θ是否小于角度阈值θ_T；

b.垂距：两直线段的中点分别与另一条直线的垂距是否小于垂距阈值；

当两条直线段同时满足上述两个准则时，则对其进行合并。

进一步地，对直线段进行合并的方法包括：

a.确定合并后直线段上一点P：假设合并前两直线段为别为AB，CD，A、B、C、D分别为其端点，其长度分别为l_AB，l_CD，则P点的坐标为