[发明专利]三维空间中象棋棋子位置的确定及其高度的计算方法

摘要

本发明具体涉及一种三维空间中象棋棋子的位置确定及高度的计算方法，解决了象棋机器人中，棋子位置确定不准确及单目相机计算棋子高度方法的复杂度高等问题。象棋棋子位置的确定方法包括计算棋子的空间位置和距相机的距离：先对图像进行预处理，根据棋子文字颜色分别进行分割，对分割后的图像做运算，确定棋子圆心的像素坐标，再根据彩色相机的标定参数，计算棋子的空间位置，最后将彩色相机坐标系下的空间点与深度图像坐标系下的像素点匹配，提取彩色图中指定像素点的景深并计算棋子到相机的实际距离；象棋棋子高度的计算方法：通过彩色相机的两次标定，以及在相机坐标系和世界坐标系下同一向量的关系，通过相机高度的变化来计算棋子的高度。

主权项

1.三维空间中象棋棋子位置确定的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，采集待确定空间位置象棋棋子的图像，先对采集的图像进行图像预处理，再根据象棋棋子上文字颜色的不同，按照HSV颜色模型中各分量的意义，确定棋子上红、绿文字的H、S、V范围，分别对红、绿棋子进行分割，得到两幅二值图像；步骤2，将对红、绿棋子分别分割后的两幅二值图像进行线性融合，两幅二值图像在融合后，会将各自在提取中产生的噪声点进行相互掩盖，得到一副没有噪声点且包含红、绿棋子的二值图像；步骤3，对融合后的二值图像进行膨胀运算，连接图像中相邻的元素，使提取到的每个棋子所在的区域成为单个的、互不相关的连通域；步骤4，对膨胀后图像中的棋子进行轮廓提取，并绘制各自轮廓的外接圆，通过外接圆确定圆心的位置，即32个棋子在图像坐标系下的位置；步骤5，将标定板放置于32个棋子上表面所在的平面，再通过OpenCV中的标定函数calibrateCamera计算Kinect的彩色相机的内外参(Hrgb,Rrgb,Trgb)，再通过针孔相机模型中图像坐标系与世界坐标系的转换关系式，进一步计算棋子在世界坐标系下的位置，即棋子在空间中的位置；步骤6，将标定板放置于32个棋子上表面所在的平面，通过OpenCV中的标定函数calibrateCamera计算Kinect的深度相机的内外参(Hd，Rd，Td)；步骤7，根据世界坐标系下的点(Wp)与彩色相机坐标系下的点(Kp)的转换关系：Kp＝Rrgb*Wp+Trgb，和世界坐标系下的点(Wp)与深度相机坐标系下的点(Kdp)的转换关系：Kdp＝Rd*Wp+Td，计算出Kinect彩色相机坐标系和深度相机坐标系之间的关系，再根据深度相机标定后的内参，将深度相机坐标系下的空间点转换到深度像素坐标系下，实现了彩色相机坐标系下的空间点与深度图像坐标系下的深度像素点的匹配；根据上述匹配方法，将彩色相机坐标系下的棋子位置转换到深度图像坐标系下，算出深度坐标系下棋子的坐标；步骤8，根据Kinect采集的深度图中景深数据的存储方式，对得到的深度像素坐标系下的棋子坐标进行景深信息的提取，得到空间中棋子上表面的圆心到sensor所在平面的垂直距离d；步骤9，根据步骤7中得到的棋子在深度相机坐标系下的坐标，将该坐标投影到深度相机坐标系的XOY平面上，算出投影点到该坐标系原点的距离d1，再结合步骤8中得到的距离d，根据勾股定理D2＝d12+d2，算出空间中棋子上表面的圆心到sensor的实际距离D，即完成了对三维空间中象棋棋子位置的确定。