[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

说明书

本发明公开了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，该系统包括工具搁架、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；工具搁架用于放置不同工具的搁架和用于限制移动机器人在平面内的移动范围；图像采集系统至少包括两个用于采集靶标图像的工业相机；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。本发明基于机器视觉技术，可以轻松实现目标的平面二维定位。

技术领域

本发明涉及机械视觉定位领域，属于大目标平面二维定位技术，具体是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。

背景技术

在当今的工业生产中，涉及关于机器视觉在二维测量或者二维定位的应用。其中，二维测量多数是针对小目标，以高精度需求为主；定位更多的是针对大目标，以低精度需求为主。

由于机器视觉的高准确性和自动化程度高的特点，所以二维测量或者二维定位在大多数情况下都需要基于机器视觉来实现。其中目标的平面二维定位在智能制造中占有重要地位，包括工业AGV自动导航等等。但是，传统的机器视觉在使用过程中，始终存在精度较低的问题。

发明内容

本发明是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，对同一平面内的二维目标进行定位，包括图像采集、相机标定、目标的平面外参矩阵标定和靶标识别。为验证移动机器人的控制精度、智能工厂的信息化提供AGV的位置信息等等。本发明中主要是为验证移动机器人的控制精度。移动机器人的移动在实际中由于环境因素等等，控制精度往往无法直观检测，采用本发明可以验证移动机器人的控制精度。

本发明基于机器视觉技术，采用工业相机采集图像；对工业相机进行标定，获取相机的内参矩阵和目标的表面外参矩阵，即相机坐标系和目标表面的转换关系；获取相机间的坐标转换关系，将不同相机的坐标转换到同一个世界坐标系下；通过识别目标靶标，利用匹配算法获取靶标的图像坐标；利用目标的表面的外参矩阵，并将靶标的图像坐标转换到世界坐标，从而实现目标的平面二维定位。

本发明的技术方案如下：

一种基于视觉移动目标的大视场二维实时定位系统，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平面内，所述平面为图像采集系统的采集范围内的平面；

所述工具搁架，用于不同工具放置的搁架，并且限制机器人在平面的运动范围；

所述图像采集系统，至少包括工业相机1#和工业相机2#(可根据实际视场范围设置多个工业相机满足视野需求)，用于采集靶标的图像；所述图像采集系统还包括三两组光源，工业相机和光源间隔安装在搁架顶部的一条直线上；

为简化识别的过程和减少误差，给移动机器人贴上靶标，所述靶标，是放置于移动机器人上的一棋盘格标定板，该棋盘格标定板上可以是一便于采集和标记识别的图形，比如一白色背景的黑色实心圆或者其他靶标；移动机器人的移动范围为图像采集系统的采集范围，即两个工业相机所能采集到的视场，包括每个工业相机所能单独采集到的视场。

基于上述系统的具体定位方法如下：

(1)相机标定

图像采集系统采集图像集，利用张氏标定法或其他标定法计算出两个相机的内参矩阵H1和H2；目前优先张氏标定法；

所述图像集称为标定图像集，不同相机的图像集分别为不同的标定图像集，根据工业相机1#和工业相机2#可定义为标定图像集1#和标定图像集2#，每张图像能够清晰稳定找到棋盘格标定板的角点，并且确保标定板在图像中最好能够覆盖整个视野以及标定板覆盖较大的深度范围、标定板的姿态多样化，并且棋盘格标定板在相机坐标系下具有不同姿态和布满单个相机的视场。