二维码识别方法及基于其的机器人视觉导航自定位方法技术

本发明专利技术公开了一种二维码识别方法及基于其的机器人视觉导航自定位方法，二维码的编码图案的顶角定位方格为在二维码的编码图案四个顶角的其中三个顶角分别设有一个定位方格，中间九宫格编码区域是由3*3的数值方格组成。识别方法对九宫格编码区域进行横向与纵向九个区域的划分解码出对应的二进制数，并根据定位方格不同的位置组合确定视角方向和每个数值方格的二进制字符串，获得二维码的数据信息，能够准确提取出二维码信息，根据不同视角方向进行识别。机器人视觉导航自定位方法通过九宫格编码方案来标记不同的交叉路口，根据视觉识别的编码结果实现机器人自主定位，进而实现按照既定规划路径的自主行走，不仅成本低，而且简单可靠。

【技术实现步骤摘要】
二维码识别方法及基于其的机器人视觉导航自定位方法
本专利技术涉及一种二维码识别方法及基于其的机器人视觉导航自定位方法，属于人工智能

技术介绍
目前，基于视觉导航的巡检机器人是人工智能领域研究的一个重要课题，未来的商业化市场应用极其广泛，如博物馆导游机器人为游客讲解历史文物古迹、送餐机器人沿轨迹线为顾客订餐、送餐，酒店服务机器人自规划路径为顾客托运行李、引导顾客到达客房等。在提供这些服务的同时，机器人需要知道目前所在的位置，下一步往哪个方向行走才能到达目的地等。那么，机器人的自主定位成为了机器人视觉导航不可或缺的一项重要环节，精确定位更是机器人实现正确行走的重要指标。近些年，随着计算机硬件设施的升级，其计算处理能力不断增强，而且摄像头分辨率逐渐提高，满足了视觉导航系统的高精度、实时导航的需求。因此，机器人利用视觉信息来实现自定位，具有实时性好、易实施和成本低等优点。目前，基于视觉实现自定位的相关研究有：利用门牌号和RFID标签相结合的自定位和导航、采用条形编码格式的路标来实现机器人的定位等。如果把机器人运行的真实路线环境用拓扑图来表示其相对结构，拓扑图中的每一个节点代表实际路线交叉处的路径节点，节点之间的权值代表实际路径节点之间的距离，这样选定起始点以及目标点，利用迪杰斯特拉算法就可以在拓扑图结构中为机器人规划好最短路径。机器人能够按此路径依次经过若干节点，正确到达目标点的前提是要对路径节点进行准确识别。机器人自主定位就是对于不同的路径节点进行识别，但是由于地面上没有足够的特征便于机器人去直接识别，而且对于不同的路口处需要设置不同的区别标识，所以，机器人运行路径的节点设计并非一件容易的事情。因此，需要提出一种简单易用、准确可靠的机器人视觉导航自定位方法。
技术实现思路
为解决上述现有技术上的不足，本专利技术提供了一种二维码及其识别方法，简单易用，准确度高；还提供了一种基于其的机器人视觉导航自定位方法，不仅定位准确，而且又能辨识机器人来向，更加具有实用性。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：一方面，本专利技术实施例提供的一种二维码，所述二维码的编码图案包括顶角定位方格和中间九宫格编码区域，所述顶角定位方格为在二维码的编码图案四个顶角的其中三个顶角分别设有一个定位方格；所述中间九宫格编码区域是由3*3的数值方格组成，每个数值方格代表二进制字符串的码字符号“0”或者“1”，自上而下，从左到右对应的二进制位数依次是0～8。作为本实施例一种可能的实现方式，根据二维码的编码图案四个顶角的其中三个顶角的定位方格的不同位置组合来判断二维码的视角方向。作为本实施例一种可能的实现方式，所述九宫格编码区域中每个数值方格用黑白色表示“1”和“0”，每个二维码的中间九宫格编码区域对应不同的编码。另一方面，本专利技术实施例提供的一种上述所述二维码的识别方法，它包括以下步骤：S1：获取待识别的二维码的编码图案；S2：利用背景和前景的差别自适应选取阈值进行图像二值化处理；S3：二值化图像上找到具有封闭区域的孔或者轮廓，通过设置该轮廓对应的外接矩形宽高之比和面积大小这两条件，找到九宫格编码图案顶角三个定位方格的位置；S4：对九宫格编码区域进行横向与纵向九个区域的划分，解码出每个定位方格对应的二进制数；S5：根据图像中三个定位方格不同的位置组合，确定视角方向和每个数值方格的二进制字符串，进而获得二维码的数据信息。作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S2中，采用最大类间方差法进行图像二值化处理。作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S3中，在二值化图像上利用OpenCV中的cvFindContours()函数快速找到具有封闭区域的孔或者轮廓。再一方面，本专利技术实施例提供的一种基于二维码识别的机器人视觉导航自定位方法，用于机器人按照规划路径自主行走，方法包括以下步骤：步骤1:将机器人行走导航路径上的交叉路口作为节点进行编号，并根据每个节点编号对应的二进制编码设计相应二维码的编码图案，将二维码的编码图案平铺在与之对应的交叉路口节点处；步骤2:利用导航路径对应的电子地图并基于迪杰斯特拉算法规划出机器人从起始点到目标点的最短路径，该最短路径包含了所要依次经过的交叉路口节点编号；步骤3:机器人利用机身固定的摄像头实时观测行走路线上的导航图像，并对设置在交叉路口处二维码进行识别，获得对应的节点编号；步骤4:将摄像头获取的连续帧视频节点图像识别出的相同的节点编号结果作为最终的定位节点编号，根据导航路径对应的电子地图进行实现机器人的自主定位。作为本实施例一种可能的实现方式，所述自定位方法还包括以下步骤：步骤5:根据规划的最短路径，通过左拐、右拐、直行和刹车指令指导机器人下一步的动作。作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤3中，采用上述所述二维码的识别方法对设置在交叉路口处二维码进行识别。作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S4中，对九宫格编码区域进行横向与纵向九个区域的划分，确定每个区域黑白像素的比例，自上而下、从左到右对这九个分区解码出二进制数字，进而根据每个数值方格相应的二进制位数号转化为十进制数字，即为交叉路口的节点编号。作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S5中，在确定了九宫格编码顶角三个定位方格的位置后，判断出机器人在交叉路径节点的来向以决定九宫格编码各个分区对应的二进制位数号，用以保证不同方向识别该九宫格节点编码图案的结果都是相同的。本专利技术实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：一方面，本专利技术的实施例技术方案的一种二维码，所述二维码的编码图案包括顶角定位方格和中间九宫格编码区域，所述顶角定位方格为在二维码的编码图案四个顶角的其中三个顶角分别设有一个定位方格；所述中间九宫格编码区域是由3*3的数值方格组成，每个数值方格代表二进制字符串的码字符号“0”或者“1”，自上而下，从左到右对应的二进制位数依次是0～8。该实施例技术方案通过九宫格编码区域中对应的二进制码字位置号便于确定二进制数字编码，在九宫格编码区域的四个顶角位置设计了三个定位方格，通过三个定位方格不同位置组合可以判断出视角方向，确保了从不同方向都能正确识别编码图案。该实施例技术方案不仅易识别，而且能够判断出视角方向。另一方面，本专利技术的实施例技术方案的一种二维码的识别方法，可以包括以下步骤：获取待识别的二维码的编码图案；利用背景和前景的差别自适应选取阈值进行图像二值化处理；二值化图像上找到具有封闭区域的孔或者轮廓，通过设置该轮廓对应的外接矩形宽高之比和面积大小这两条件，找到九宫格编码图案顶角三个定位方格的位置；对九宫格编码区域进行横向与纵向九个区域的划分，解码出每个定位方格对应的二进制数；根据图像中三个定位方格不同的位置组合，确定视角方向和每个数值方格的二进制字符串，进而获得二维码的数据信息。该实施例技术方案通过对二维码的编码图案识别不仅能够准确提取出二维码信息，而且根据不同视角方向进行识别，简单易用，准确度高。再一方面，本专利技术的实施例技术方案的一种基于二维码识别的机器人视觉导航自定位方法，用于机器人按照规划路径自主行走，所述自定位方法包括以下步骤：将机器人行走导航路径上的交叉路口作为节点进行编号，并根据每个节点编号对应的二进制编码设计相应二维码的编码图案，将二维码的编码图案平铺在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维码，其特征是，所述二维码的编码图案包括顶角定位方格和中间九宫格编码区域，所述顶角定位方格为在二维码的编码图案四个顶角的其中三个顶角分别设有一个定位方格；所述中间九宫格编码区域是由3*3的数值方格组成，每个数值方格代表二进制字符串的码字符号“0”或者“1”，自上而下，从左到右对应的二进制位数依次是0～8。

【技术特征摘要】
1.一种二维码，其特征是，所述二维码的编码图案包括顶角定位方格和中间九宫格编码区域，所述顶角定位方格为在二维码的编码图案四个顶角的其中三个顶角分别设有一个定位方格；所述中间九宫格编码区域是由3*3的数值方格组成，每个数值方格代表二进制字符串的码字符号“0”或者“1”，自上而下，从左到右对应的二进制位数依次是0～8。2.根据权利要求1所述的二维码，其特征是，根据二维码的编码图案四个顶角的其中三个顶角的定位方格的不同位置组合来判断二维码的视角方向。3.根据权利要求1或2所述的二维码，其特征是，所述九宫格编码区域中每个数值方格用黑白色表示“1”和“0”。4.一种权利要求1-3任意一项所述二维码的识别方法，其特征是，包括以下步骤：S1：获取待识别的二维码的编码图案；S2：利用背景和前景的差别自适应选取阈值进行图像二值化处理；S3：二值化图像上找到具有封闭区域的孔或者轮廓，通过设置该轮廓对应的外接矩形宽高之比和面积大小这两条件，找到九宫格编码图案顶角三个定位方格的位置；S4：对九宫格编码区域进行横向与纵向九个区域的划分，解码出每个定位方格对应的二进制数；S5：根据图像中三个定位方格不同的位置组合，确定视角方向和每个数值方格的二进制字符串，进而获得二维码的数据信息。5.根据权利要求4所述二维码的识别方法，其特征是，在步骤S2中，采用最大类间方差法进行图像二值化处理；在步骤S3中，在二值化图像上利用OpenCV中的cvFindContours()函数快速找到具有封闭区域的孔或者轮廓。6.一种基于二维码识别的机器人视觉导航自定位方法，其特征是，用于机器人按照规划路径自主行走，方法包括以下步骤：步骤1:将机器人行走导航路径上的交叉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金屏，杨树玉，赵鹏鹏，厉广伟，侯清涛，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37