[发明专利]一种基于棋盘格的相机实时定位方法

权利要求书

1.一种基于棋盘格的相机实时定位方法，其特征在于：具体步骤包括：

步骤一，检测棋盘格位置并判断其边界顺序：在棋盘格上绘制“回”形方格做为模板，获取模板图像，利用“回”形方格判断模板位置和边界顺序；

步骤二，检测图像棋盘格中的角点：利用“回”形方格的重心在图像中的坐标，计算单应变换矩阵，根据单应矩阵对图像中棋盘格区域进行变换，然后利用棋盘格角点滤波算子进行滤波，计算角点在图像中的位置；

步骤三，图像棋盘格角点与模板棋盘格角点做匹配；

步骤四，利用匹配点计算相机位姿。

2.根据权利要求1所述的基于棋盘格的相机实时定位方法，其特征在于：所述步骤一的具体步骤为：在棋盘格的四个角和其中一侧绘制“回”形方格做为模板，用相机拍摄模板，在相机拍摄的图像中检测“回”形方格，计算四个角的“回”形方格的重心作为边界标记棋盘格在图像中的位置，并根据一侧“回”形方格的位置确定边界顺序。

3.根据权利要求2所述的基于棋盘格的相机实时定位方法，其特征在于：“回”形方格的判定方法为：先对拍摄图像进行二值化处理，检测二值化图像中所有物体的轮廓，并计算轮廓的外包四边形，当四边形的宽W、高H、对角线L1,L2、周长C和面积S均满足4×W≥H,4×H≥W,H×W≥1.5×S,L1≥0.15×C和L2≥0.15×C时，则判定该四边形为矩形；当检测到两个嵌套的矩形，并且内矩形面积大于外矩形面积1/3时，则判定检测到“回”形方格。

4.根据权利要求1所述的基于棋盘格的相机实时定位方法，其特征在于：所述步骤二计算单应变换矩阵的具体步骤为：设模板和图像中的“回”形方格的重心分别为M_i、M′_i(i＝1，2……6)，单应矩阵为H，则M_i＝HM′_i，解得单应矩阵H；根据单应矩阵对图像中棋盘格区域进行变换，变换后得到的图像记为I_H，I_H中棋盘格区域的形状、大小与模板中棋盘格区域一致，变换后的棋盘格为规则排列的黑白相间方块。

5.根据权利要求1所述的基于棋盘格的相机实时定位方法，其特征在于：步骤二计算角点在图像中位置的具体步骤为：

(1)初始化四个尺寸为8×8的算子，初始值为0，记为K_a,K_b,K_c,K_d；

(2)四个算子分别对四个方向上的像素点赋值，设当前点与中心之间的距离为d，则当前点赋值为：

(3)四个滤波算子分别滤波后I_H中每个像素得到四个滤波值，分别记为A、B、C、D,设U＝(A+B+C+D)/4,S₁＝min{min(A,B)-U,U-min(C,D)},S₂＝min{U-min(A,B),min(C,D)-U}，则每个像素最终滤波值为max(S₁，S₂)，局部极大值位置即为角点位置，记为

6.根据权利要求1所述的基于棋盘格的相机实时定位方法，其特征在于：步骤三图像棋盘格角点与模板棋盘格角点做匹配的具体步骤为：以变换后图像中的棋盘格角点坐标值作为模板的棋盘格角点的特征，利用最邻近匹配算法对图像和模板中的角点进行匹配。

7.根据权利要求1所述的基于棋盘格的相机实时定位方法，其特征在于：步骤四利用匹配点计算相机位姿的具体步骤为：利用单应变换矩阵逆矩阵H^-1，将变换后图像中棋盘格角点反变换计算棋盘格角点在原始相机图像中的坐标,记为pⁱ，设模板所在平面与三维空间坐标系X-O-Y平面平行，模板左上角棋盘格角点与空间原点重合，即可知模板中角点的空间三维坐标,记为P_i，又已知相机图像中棋盘角点与模板中角点的匹配关系，利用PnP算法即可计算当前相机位姿：设相机内参矩阵为K，则p_i＝K[R|t]P_i，解得相机旋转矩阵R与平移向量t。