一种基于机器视觉的定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的AGV定位方法。本发明专利技术首先通过设计定位数字标签将环境数字化，车载视觉系统获取包含标签的图像。然后运用一定的算法对图像进行处理并识别出标签的位置、内容与偏转角度，最终通过标定相机的距离关系表与相关坐标变换将其转化为小车在环境中的位置与姿态信息，实现小车在环境中的定位。不同于其他基于机器视觉的AGV定位方法，本方法识别过程运算量小，定位精度与速度都可以满足AGV导航要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器视觉领域，特别是一种定位方法。
技术介绍
机器视觉是利用视觉传感器获取图片并利用图像处理系统进行各种测量和判断。 它是计算机学科的一个重要分支，综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉 及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。视觉导 航是对视觉传感器获取的图像进行相应处理从而得到载体位姿参数的一种技术。目前移动 机器人的视觉导航技术主要应用在移动机器人的竞速竞赛、工业AGV、智能车辆的自主导航 和国防科技技术研宄这四个方面。 目前仓库货物的运输主要依靠人力，存在工作效率低、人力资源浪费严重等问题， 因此迫切需要工业自动导引运输车（Autonomous Guide Vehicle，简称AGV)取代这一方面 的工作，提高生产效率和资源利用率。机器视觉的飞速发展为工业AGV的自动导航提供了 更多解决问题的思路。用于工业AGV自动导航的机器视觉导航系统通常可以分为：图像采 集部分、图像处理部分和运动控制部分。 一个完整的机器视觉导航系统的主要过程如下： 1、相机按照指令实时采集图像，根据需要自动调节曝光参数； 2、将采集到的数据转化为图像格式，并存放在处理器或计算机内存中； 3、处理器对图像进行分析、识别、获取载体位姿信息和相关逻辑控制值； 4、识别结果控制载体移动、停止、纠正运动误差等。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于机器视觉的定 位方法，将本专利技术应用于AGV中，用于解决传统的人工运输工作效率低下、人力资源浪费、 成本高的技术问题。 技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为： ，包括如下步骤： 步骤一、在待定位的物体上设置相机，并且对相机进行标定，获得图像中各像素点 相对位置与实际相对位置之间的标定关系表； 步骤二、设计定位标签，并将定位标签置于待定位物体所在环境中，定位标签内容 包含自身所在位置的位置信息和方向信息； 步骤三、利用相机对所在环境进行拍摄，获得包含定位标签的图像，分析图像获得 图像中定位标签所在位置、方向以及定位标签的内容； 步骤四、求解图像中心与图像中定位标签的相对位置关系，结合定位标签的内容， 获得图像中心在实际环境中的位姿。 进一步的，在本专利技术中，相机的标定过程包含以下步骤： 步骤一、拍摄标准标定图像； 步骤二、基于标准标定图像中的方格均匀选取标志点，记录各个标志点在标准标 定图像中的像素位置与其实际位置； 步骤三、根据标志点的像素位置与实际位置，建立标定关系表。 进一步的，在本专利技术中，定位标签轮廓为正方形，其上的颜色种类有2种，且定位 标签由外框和外框内部多个色块组成，每个色块有1种颜色，外框为1种颜色，通过不同色 块的组合方式反映标签内容。 进一步的，在本专利技术中，分析图像时，将图像进行二值化处理，根据颜色信息提取 图像中可能为定位标签的像素，进行连通域检测，结合连通域大小、宽高比、位置以及周围 背景筛选出定位标签，获得其在图像中的位置；通过霍夫变换对定位标签进行直线检测，获 得图像中定位标签的方向；接着读取定位标签的内容。 有益效果： 本专利技术通过设计定位标签将环境数字化，相机获取包含定位标签的图像，运用一 定的算法对图像进行处理并识别出定位标签的位置、方向以及内容，根据图像中心点处于 定位标签之间的位置、角度关系，结合相机的标定关系表、相关坐标变换获得待测物在环境 中的位置与姿态信息，实现AGV在环境中的定位，对小车运输的自动化实现有很重要的意 义。 本专利技术利用机器视觉代替人工的方法，利用相机工作稳定、成本低的特点，通过一 定的处理程序，运用先进的图像处理算法，可以大大提高定位精度与速度，降低仓库货物运 输对人的依赖程度，提高劳动生产率。【附图说明】 图1为本专利技术的流程图； 图2为定位标签示意图； 图3为定位标签区域划分示意图； 图4为定位标签内容示意图； 图5为距目标3m时拍摄的标定图像； 图6为距目标3m标定图像的标记点； 图7为图像处理模块流程图； 图8为定位标签所在区域图像； 图9为定位标签角度计算示意图； 图10为旋转后定位标签的四种方向。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。 1设计定位标签 本方法设计的定位标签如图2所示，含16位二进制信息，分为3部分：10位数据 位、4位方向标志位、2位校验位。其中数据位表示定位标签在环境中的位置，方向标志位表 示定位标签在环境中的方向。 I. 1定位标签大小形状 本专利技术设计的定位标签包括红白两种颜色，大小为18cm*18cm的正方形，分为两 个区域：边框区和数据区。如图3所示，外部斜线区域为边框区，中间无斜线区域为数据区。 边框区是宽度为2. 25cm的红色方框，数据区是按4*4分布的16个3. 375cm*3. 375cm的红 白方块，二值处理后，红方块表示〇、白方块表示1。 1. 2定位标签内容 定位标签内容如图4所示，将16个方块依次编号，由于色块颜色不同，故数据区 组成包含16位的二进制信息A tlA1A2A3A4A5A 6A7A8A9AltlA11A 12A13A14A15，分为3部分：10位数据位 A2A4A5A6A7A 9AltlA11A13A14J位方向标志位A tlA3A12A15以及2位校验位A人。10位数据位有1024 种不同组合，即可表示1024个不同标签。4位方向标志位分别处于四个顶点，并且选择其中 一个顶点，所有的定位标签中该顶点的颜色与其他3个顶点的颜色不同，这样可以用于后 期唯一确定定位标签的朝向，本实施例选取A 15为白色，AtlA3A12均为红色。2位校验位用于 校验10位数据位是否正确，本领域内的技术人员可根据需要自行选择具体校验方式。 1. 3环境数字化 在AGV上固定广角相机，该相机在距离目标3m时的视野范围可达到4mX 3m，因此 在AGV行驶区域的上方按照3mX 3m的距离粘贴定位标签，每个定位标签中数据位与其自身 在环境中的坐标即位置信息一一对应，且定位标签朝向保持一致，即方向标志位的位置统 一且摆放方向一致，完成工作环境的数字化。在定位标签的正下方对准定位标签拍照，此时 AGV的行驶方向为正方向，同时拍照获得的照片中定位标签方向位相对定位标签中心的角 度关系。 2标定相机 为了保证AGV在运动过程中能够获取清晰的图像，故相机采用全帧曝光方式的工 业用相机，这样可编程设置曝光时间。为保证获取图像范围尽可能大，采用的镜头为广角镜 头，视场角约为90°。广角镜头导致图像畸变较大，通过图像中两点位置关系不能直接得到 两点的实际位置关系，因此本专利技术第一步是标定相机，建立像素距离与实际距离的关系表， 将图像中各点的位置关系转化为实际位置关系。 2. 1拍摄图片 为方便测量图像中点与点的实际距离，拍摄目标选为网格状的墙面。由于相机距 离目标的远近不同，拍摄的范围也会不同，因此本专利技术在相机距离目标2. 5米和3. 4米之间 等距拍摄10张图片，对10个不同的距离分别进行标定，这样使得后期实际使用过程中可以 根据每次拍摄距离选择相应的距离所对应的标定关系表。图5所示为相机距离目标3m时 拍摄得到的标定图像，图中水平和竖直方向的中心线用来观本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机器视觉的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、在待定位的物体上设置相机，并且对相机进行标定，获得图像中各像素点相对位置与实际相对位置之间的标定关系表；步骤二、设计定位标签，并将定位标签置于待定位物体所在环境中，定位标签内容包含自身所在位置的位置信息和方向信息；步骤三、利用相机对所在环境进行拍摄，获得包含定位标签的图像，分析图像获得图像中定位标签所在位置、方向以及定位标签的内容；步骤四、求解图像中心与图像中定位标签的相对位置关系，结合定位标签的内容，获得图像中心在实际环境中的位姿。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李新德，徐叶帆，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32