[发明专利]一种基于视觉移动目标的大视场二维实时定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于视觉移动目标的大视场二维实时定位系统，其特征在于：包括工具搁架、图像采集系统和靶标，图像采集系统安装于工具搁架的上部，靶标放置于工具搁架下端的移动机器人上，移动机器人位于图像采集系统采集范围的平面内；

所述工具搁架，用于放置不同工具的搁架，并且用于限制移动机器人在平面内的移动范围；

所述图像采集系统，至少包括工业相机1#和工业相机2#，用于采集靶标的图像；

所述靶标，是放置于移动机器人上的一棋盘格标定板，该棋盘格标定板上设置有一便于采集和标记识别的图形；移动机器人的移动范围为图像采集系统的采集范围，即工业相机所能采集到的视场内。

2.根据权利要求1所述的基于视觉移动目标的大视场二维实时定位系统，其特征在于：所述图像采集系统还包括三两组光源，工业相机和光源沿一条直线间隔安装于工具搁架上。

3.根据权利要求1或2所述系统进行基于视觉移动目标的大视场二维实时定位方法，其特征在于步骤如下：

(1)对图像采集系统的工业相机进行标定，确定工业相机的内参矩阵；

(2)求取相机坐标系之间的转换矩阵；

(3)对移动机器人平面进行标定，得到移动机器人平面分别相对于两个相机的相机坐标系的外参矩阵；

(4)进行靶标识别，匹配模板，在模板中进行处理得到移动机器人的图像坐标；

(5)将得到的图像坐标换算为世界坐标。

4.根据权利要求3所述基于视觉移动目标的大视场二维实时定位方法，其特征在于步骤如下：步骤(1)是通过图像采集系统采集图像形成图像集，利用张氏标定法计算出两个工业相机的内参矩阵H₁和H₂。

5.根据权利要求4所述基于视觉移动目标的大视场二维实时定位方法，其特征在于：所述图像集称为标定图像集，不同工业相机的图像集分别为不同的标定图像集，图像集中的每张图像均能清晰稳定找到棋盘格标定板的角点，每张图像中的棋盘格标定板在同一相机坐标系下具有不同姿态和布满单个相机的视场。

6.根据权利要求3所述基于视觉移动目标的大视场二维实时定位方法，其特征在于步骤如下：步骤(2)是先将棋盘格标定板置于两个工业相机的共同视场区内，使得两个工业相机均能稳定提取到棋盘格标定板的角点；然后，两个工业相机分别采集共同视场区内的棋盘格标定板的参考图片，被采集到的参考图片分别置于各自对应的标定图像集中，分别计算出参考图片对应的工业相机外参矩阵，得到两个相机坐标系之间的转换关系：

其中：[X_c1,Y_c1,Z_c1]、[X_c2,Y_c2,Z_c2]分别为两个工业相机的相机坐标系，[X_w,Y_w,Z_w]为棋盘格标定板的坐标系坐标；L₁和L₂分别为标定求出的棋盘格标定板分别相对于两个相机坐标系的外参矩阵，包括旋转矩阵和平移向量；为L₂的逆矩阵，定义为Mt，即两个相机坐标系间的转换矩阵。

7.根据权利要求3所述基于视觉移动目标的大视场二维实时定位方法，其特征在于步骤如下：步骤(3)是将棋盘格标定板置于移动机器人表面，采集图像，并将采集到的图像分别放入对应工业相机的标定图像集中，计算出移动机器人平面分别相对于两个工业相机的相机坐标系的外参矩阵，定义为T₁和T₂。

8.根据权利要求3所述基于视觉移动目标的大视场二维实时定位方法，其特征在于步骤如下：步骤(4)是通过归一化的相关性度量公式来计算子图与模板图之间的灰度的匹配程度，得到一个匹配的模板；在所述匹配的模板中，利用灰度二值化，得到棋盘格标定板上图形的大致范围，进行拟合，得到靶标上图形的中心，将中心的图像坐标当做移动机器人的图像坐标。