[发明专利]一种基于二维码的物体空间位姿获取方法

说明书

本发明公开了一种基于二维码的物体空间位姿获取方法，首先通过单目摄像头获取目标的实时图像，输入至处理器，然后对实时图像进行二值化处理，并找出图像中所有的二维码，获取实时图像的二维码位置坐标信息；对所述二维码位置坐标进行单应变换，获得二维码的单应变换矩阵，基于所述单应变换矩阵获取二维码的欧拉角和空间位置；最后记录各二维码的相对位置关系，将各二维码的欧拉角转换成轴角，融合各个二维码坐标系，并将融合后的坐标系对应到空间坐标系上；基于已识别的二维码当前位姿，获取融合后坐标系上的位姿，得到物体在空间坐标系下的位姿；本发明使用单目摄像头与二维码，可以在一般处理平台上准确获得物体空间位姿，成本低、易部署。

技术领域

本发明涉及物体姿态感知技术领域，主要涉及一种基于二维码的物体空间位姿获取方法。

背景技术

随着近年来二维码技术的发展与普及，可以说人们在生活中已经离不开二维码，如二维码支付、二维码名片等。这类应用大多使用的是二维码携带文本信息的功能，但同时，二维码也可以提供精确的位姿信息。

目前大多对于物体位姿的解算依赖的是双目摄像头或深度摄像头等，不仅成本高昂，而且体积较大，不利于移动设备上的搭载。也有在物体上搭载惯性传感器来完成位姿检测，但这一方案同样面临成本高昂，传感器易损坏等问题。所以物体的位姿检测需要一种便捷且低成本的解决方案。

基于二维码的物体空间位姿获取系统在工业生产、物流运输、影视特效、展览、教育等领域有着广泛的应用前景，同时对于在便携设备和算力不充足的设备上实现物体的位姿解算有着重要意义。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于二维码的物体空间位姿获取方法，实现了用一般的单目摄像头解算物体位姿的功能，成本低、易部署。该方法可以解算获得单个二维码的位姿，也可以通过在物体表面粘贴多个二维码来实现对物体全方位的位姿获取。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于二维码的物体空间位姿获取方法，包括以下步骤：

步骤S1、基于单目摄像头获取目标的实时图像，输入至处理器；

步骤S2、处理器对实时图像进行二值化处理，并找出图像中所有的二维码，获取实时图像的二维码位置坐标信息；

步骤S3、对所述二维码位置坐标进行单应变换，获得二维码的单应变换矩阵；

步骤S4、基于所述单应变换矩阵获取二维码的欧拉角和空间位置；

步骤S5、记录各二维码的相对位置关系，将各二维码的欧拉角转换成轴角，融合各个二维码坐标系，并将融合后的坐标系对应到空间坐标系上；基于已识别的二维码当前位姿，获取融合后坐标系上的位姿，得到物体在空间坐标系下的位姿。

进一步地，所述步骤S3中获取二维码的单应变换矩阵具体步骤如下：

设定相机内参矩阵为单应变换矩阵

其中，f_x和f_y分别为相机在x和y方向上的焦距，c_x和c_y分别为相机中心与图像传感器中心在x和y方向上的偏移量；基于相机内参矩阵K和单应变换矩阵H，获得旋转矩阵和位置矩阵

相机投影矩阵表示为：P＝K[R|T]，空间点X通过投影矩阵变换为图像上的像素点x，投影关系表示为：x＝PX；设定二维码所在平面为X-Y平面，即Z＝0，中心为坐标原点，则对于二维码平面：

将旋转矩阵R的第三列去掉可得：