[发明专利]一种面向合作目标的单目视觉定位方法

摘要

本发明提供了一种面向合作目标的单目视觉定位方法。首先，设计了三级嵌套、黑白相间的正方形合作目标，既提供了足够多的特征点，又使目标部分被遮挡时算法仍可正常工作，提高了鲁棒性；然后，分别通过图像预处理、边缘提取和角点提取对合作目标图像进行特征点提取，提高了目标检测的精确性；最后，对合作目标特征点的图像坐标进行相对位置解算，保证了所求得合作目标位置信息的准确性。本发明应用单目视觉测量方法实现待测量对象对合作目标的位姿测量，能够为待测量对象提供较为准确的实时导航信息。

主权项

一种面向合作目标的单目视觉定位方法，其特征在于步骤如下：步骤1：设计合作目标：设计内容包括合作目标的形状、合作目标的尺寸、合作目标的颜色；所设计的合作目标为三级嵌套正方形，其中心为白色正方形，向外依次交替嵌套黑色正方形环和白色正方形环，共含三个黑色正方形环；所有正方形环的边长相同，且提供四个角点信息，用以求解待测量对象位置；步骤2：合作目标特征提取：步骤a：图像预处理：首先，采用加权平均值法对摄像机拍摄到的合作目标原始RGB彩色图像进行色彩空间转换，得到合作目标的灰度图像；然后，利用中值滤波方法对合作目标的灰度图像进行滤波处理，得到预处理后的合作目标图像；步骤b：边缘提取：首先，采用Otsu算法对预处理后的合作目标图像进行阈值分割，并进行开运算和闭运算处理，得到合作目标的二值图像；然后，利用轮廓跟踪算法对合作目标的二值图像进行边缘提取，得到合作目标的边缘轮廓；步骤c：角点提取：首先，对步骤2.2提取得到的合作目标的边缘轮廓进行多边形拟合，得到合作目标的特征轮廓；然后，根据约束条件筛选得到合作目标的特征点坐标；最后，计算特征点的亚像素级坐标，得到合作目标特征点的图像坐标x；步骤3：相对位置解算：步骤a：根据摄像机坐标系和世界坐标系的转换关系，对步骤2得到的合作目标特征点的图像坐标x进行转换，得到世界坐标系下的图像坐标X；步骤b：利用λx＝K[R T]X建立得到有关合作目标的图像坐标、世界坐标和摄像机参数的方程组，其中，λ为比例因子，R为摄像机坐标系对于世界坐标系的旋转矩阵，T为摄像机坐标系对于世界坐标系的平移向量，K是摄像机内参矩阵；步骤c：利用SVD算法求解方程组得到旋转矩阵R和平移向量T的初值，再利用正交迭代算法求解得到方程组的最优解；步骤d：利用Xw＝‑R‑1T计算得到合作目标的相对位置。