[发明专利]基于计算机视觉的手持移动打印装置定位方法

说明书

本发明公开了一种基于计算机视觉的手持移动打印装置定位方法，其实现过程是：(1)构建定位场景；(2)建立世界坐标系；(3)确定打印平面；(4)建立打印坐标系；(5)计算坐标系变换矩阵；(6)计算位姿变换矩阵；(7)实时计算打印装置位姿。本发明使用单个相机和简单算法实现定位，用较低的成本实现对手持移动打印装置的实时定位。

技术领域

本发明属于空间定位领域，更进一步涉及空间定位领域中的一种基于计算机视觉的手持移动打印装置定位方法。本发明用于手持移动打印装置，打印装置上的相机持续获取图像，通过对图像的处理可以实现对打印装置自身的实时定位。

背景技术

不同于传统打印机，手持移动打印机体积小巧，便携性好，可打印长条形图案，由于没有定位功能，若要打印幅面较大的图案，则只能依靠经验手工拼接打印，往往拼接打印效果不好。若手持移动打印机可获得高频高精度定位信息，那么就可以根据打印头位置打印所需图像，则可不受幅面限制地，不受框架限制地在进行高精度手持移动打印。

现有的定位技术主要分为无线定位和光学定位。无线定位技术有蓝牙定位、wifi定位、超带宽定位等。光学定位技术有红外定位和计算机视觉定位。其中无线定位的穿透性较高但定位精度较低，光学定位的精度较高但穿透性较低。计算机视觉定位可以实现摄像头视场内大范围的高精度定位，适合于对手持移动打印装置进行定位。

目前的针对手持移动打印装置的计算机视觉定位方法是通过外置的双目或多目相机对标记物进行三维重建实现的。在手持移动打印装置上放置标记点，多个相机从不同的视角拍摄标记点，检测图像上的标记点后，利用三角测量原理获取标记点的深度信息，通过这些深度信息重建出标记点的三维模型，从而实现对手持移动打印装置的三维定位，获得其位姿信息。这种多目重建的定位方法处理每帧图像所需的计算量较大，因此固定时间内处理的图像帧较少，往往定位频率低，与此同时，至少需要两个相机才能进行定位，实现定位的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种基于计算机视觉的手持移动打印装置定位方法，解决现有定位技术中存在的计算量大导致的定位频率低，所需相机数目多导致的高成本的问题。

实现本发明目的的思路是，利用手持移动打印装置上的单目相机获取的图像信息，根据像素点和世界坐标系中的点之间摄影几何关系计算相机在世界坐标系下的位姿，通过一系列坐标系变换可得到手持移动打印装置的打印头在打印坐标系下的位姿，每获得一帧图像都进行以上步骤，计算打印装置位姿，实现手持移动打印装置的实时定位。

实现本发明目的的具体步骤如下：

(1)构建定位场景：

将标记图案放置在手持移动打印装置上的相机前，使标记图案在相机的视场角范围内；

(2)建立世界坐标系：

将标记图案上任意一点作为原点，将标记图案所在平面的法向量作为Z轴，建立一个右手三维直角坐标系作为世界坐标系；

(3)确定打印平面：

(3a)若打印区域是矩形，则用该打印装置的相机在该矩形打印区域的三个边角点处分别拍摄标记图案；

(3b)若打印区域是非矩形，则用该打印装置的相机在该非矩形打印区域内任意不共线的三点处分别拍摄标记图案；

(4)建立打印坐标系：

(4a)若打印区域是矩形，则将步骤(3a)中所选取的三个边角点中与其他两点都相邻的边角点作为原点O₁，其它两点分别记为A₁和B₁，A₁和B₁的位置满足B₁在有向线段前进方向的左侧，将和分别作为X轴和Y轴，将打印平面的法向量作为Z轴，建立一个右手三维直角坐标系作为打印坐标系；