[发明专利]一种改进的基于ArUco标记的视觉测距方法

说明书

本发明公开了一种改进的基于ArUco标记的视觉测距方法，属于相机测距技术领域，该方法包括以下步骤：生成一个ArUco标记，沿其对角线方向在其四个角点外侧放置等间距四个特征圆，相机连续采集到的n帧含有ArUco标记的图像进行平均处理，在平均处理后的ArUco标记图像中找到ArUco标记的基本位置，记录ArUco标记的四个角点坐标，通过圆轮廓及圆轮廓内部区域得到四个特征圆的圆心横纵坐标；通过直线拟合方法如最小二乘法分别将ArUco标记的对应角点及其角点对应的特征圆的圆心形成的一组点，进行直线拟合，利用校正后的四个角点坐标，通过求解P4P问题，得到相机相对ArUco标记的旋转矩阵和平移向量，得到计算相机到ArUco标记之间的距离，该方法相比只是使用ArUco标记，准确性所提高，稳定性明显提升。

技术领域

本发明涉及相机测距技术领域，尤其涉及一种改进的基于ArUco标记的视觉测距方法。

背景技术

随着传感器技术和机器视觉技术的发展，基于视觉的测距技术日趋广泛地应用于智能制造等工业领域。ArUco标记可以被用来进行视觉测距，检测标记的四个角点坐标，通过求解PnP问题得到相机相对于标记的旋转和平移矩阵。而求解ArUco标记角点坐标的方法是求解标记四条边的交点，在高噪声的工业环境中，图像存在顶点抖动的问题，导致所求交点位置不稳定，且未对测量角点坐标进行校正，直接影响距离计算的稳定性，不容易得到准确的测量结果。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种改进的基于ArUco标记的视觉测距方法，包括以下步骤：

生成一个ArUco标记，沿其对角线方向在其四个角点外侧放置等间距四个特征圆，计算由ArUco标记和四个特征圆构成的整个区域与ArUco标记之间的尺寸比例系数k；

相机连续采集到的n帧含有ArUco标记的图像进行平均处理，调用ArUco 库中的标记检测函数，在平均处理后的ArUco标记图像中找到ArUco标记的基本位置，记录ArUco标记的四个角点坐标(x_i,y_i)，i＝1，2，3，4，并计算ArUco 标记像素尺寸l_m，通过比例系数k计算整个感兴趣区域的像素尺寸l_w，通过l_w裁剪出包含四个特征圆和ArUco标记的整个感兴趣区域ROI；

在整个感兴趣区域ROI区域中，进行Hough椭圆检测得到特征圆的轮廓，通过圆轮廓及圆轮廓内部区域得到四个特征圆的圆心横纵坐标(C_xi,C_yi)；

通过排序方法使ArUco标记角点横纵坐标(x_i,y_i)与其对应的特征圆的圆心横纵坐标(C_xi,C_yi)排列顺序相一致；通过特征圆圆心筛选的方法判断圆心位置是否正确，是否位于对应角点位置，若检测到的特征圆的圆心位置错误，返回S2，若检测到的特征圆的圆心位置正确，则进行S5；

通过直线拟合方法分别将ArUco标记的对应角点及其角点对应的特征圆的圆心形成的一组点，进行直线拟合，得到直线l₁：y＝a₁x+b₁，l₂：y＝a₂x+b₂，将直线l₁，l₂上距离已检测到的ArUco角点(x_i,y_i)最近的点(x_i′,y_i′)，作为ArUco标记的校正后角点；

利用校正后的四个角点坐标(x_i′,y_i′)，通过求解P4P问题，得到相机相对ArUco 标记的旋转矩阵和平移向量，即可得到计算相机到ArUco标记之间的距离。

进一步地：所述特征圆的圆心通过以下方式获得：