一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法及装置，包括：建立激光跟踪仪坐标系、二维码坐标系、摄像机坐标系、靶球坐标系和世界坐标系的步骤或装置；计算变换矩阵

A method and device for calibration of laser tracker ground based on two-dimensional code

The present invention provides a method and device for calibration of laser tracker, the ground based on two-dimensional code comprises the steps of: establishing a laser tracker or device coordinates, two-dimensional code coordinates, the camera coordinate system and the target ball coordinate system and world coordinate system transformation matrix calculation;

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法及装置
本专利技术涉及坐标标定技术，具体涉及一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法及装置。
技术介绍
AGV(AutomaticGuidedVehicle，自动导航小车)是一种无人操纵的自动化运输设备，能承载一定的重量在出发地和目的地之间自主运行，是自动物流系统和柔性制造系统的重要组成设备，具有良好的市场前景和应用价值。导航系统是AGV的核心控制部分，定位则是导航系统中极其重要的功能组成部分。随着二维码技术的发展，二维码的应用领域也深入到了工业领域，AGV采用二维码进行位姿估计时，二维码粘贴过程会导致粘贴的二维码位姿信息与二维码自带的预设位姿信息存在位姿偏差，这一偏差对AGV位姿估计产生一定的影响，为满足AGV路径引导系统定位精度的要求，地面二维码的位姿测量及误差计算成为二维码定位技术中的一个关键问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法及装置，实现了对二维码的位姿及位姿误差的准确测量，提高二维码的位姿及位姿误差的测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法，包括：S101：建立激光跟踪仪坐标系A、二维码坐标系B、摄像机坐标系C、靶球坐标系D和世界坐标系H，其中，二维码预设位姿的坐标系为世界坐标系H；S102：计算：激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵靶球坐标系D和摄像机坐标系C之间的变换矩阵世界坐标系H和激光跟踪仪坐标系A之间的变换矩阵摄像机坐标系C和二维码坐标系B之间的变换矩阵S103：根据变换矩阵变换矩阵变换矩阵和变换矩阵计算世界坐标系H和二维码坐标系B之间的变换矩阵S104：通过变换矩阵计算二维码的位姿及位姿误差。进一步的，设有4个在同一平面的靶球P0、靶球P1、靶球P2和靶球P3，靶球P1、靶球P2和靶球P3分布在靶球P0的周围；所述靶球坐标系D以靶球P0为原点，向量的方向为靶球坐标系D的x轴方向，向量的方向为靶球坐标系D的y轴方向，同时垂直于x轴方向和y轴方向为z轴方向。进一步的，所述建立激光跟踪仪坐标系A、二维码坐标系B、摄像机坐标系C、靶球坐标系D和世界坐标系H的步骤包括：激光跟踪仪坐标系A由激光跟踪仪自行设定；二维码坐标系B以二维码中心为原点，平行于相邻两条边线的方向分别为x轴与y轴方向，垂直于二维码向上为z轴方向；摄像机坐标系C以镜头中心为原点，垂直于镜头中轴为z轴方向，平行于镜头为x轴方向，同时垂直于x轴方向和z轴方向为y轴方向。进一步的，计算激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵的步骤包括：激光跟踪仪测量靶球P0、靶球P1、靶球P2和靶球P3在激光跟踪仪坐标系A内的坐标AP0，AP1,AP2,AP3，根据公式DPk＝APk-AP0计算靶球P1、靶球P2和靶球P3在靶球坐标系D中的坐标DP1,DP2,DP3；其中，k＝1,2,3；根据坐标AP0，AP1,AP2,AP3和坐标DP1,DP2,DP3计算激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵进一步的，计算靶球坐标系D和摄像机坐标系C之间的变换矩阵的步骤包括：通过用摄像机标定棋盘格位姿，记录摄像机坐标系C与棋盘格坐标系E之间的变换矩阵计算激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵移动摄像机后重新计算变换矩阵和变换矩阵分别计算摄像机坐标系C和靶球坐标系D的变换矩阵和自旋转轴重新计算并获取另一组变换矩阵和自旋转轴通过变换矩阵和自旋转轴计算靶球坐标系D和摄像机坐标系C之间的变换矩阵进一步的，计算世界坐标系H和激光跟踪仪坐标系A之间的变换矩阵的步骤包括：选取世界坐标系H中的3个已知坐标点HP1,HP2,HP3，利用激光跟踪仪测量3个坐标点在激光跟踪仪坐标系A内坐标AP1,AP2,AP3；根据坐标点HP1,HP2,HP3和坐标AP1,AP2,AP3计算世界坐标系H和激光跟踪仪坐标系A之间的变换矩阵进一步的，计算摄像机坐标系C和二维码坐标系B之间的变换矩阵的步骤包括：移动摄像机至二维码正上方，摄像机标定二维码并记录摄像机坐标系C与二维码坐标系B之间的变换矩阵进一步的，所述根据变换矩阵变换矩阵变换矩阵和变换矩阵计算世界坐标系H和二维码坐标系B之间的变换矩阵的步骤包括：采用下述公式计算变换矩阵进一步的，所述通过变换矩阵计算二维码的位姿及位姿误差的步骤包括：通过二维码坐标系B中二维码中心位置坐标BP0＝[0001]T计算世界坐标系H中二维码中心位置坐标HP0；通过坐标HP0获取二维码实际坐标值(xc,yc,z0)；二维码的位姿误差为二维码的预设位姿的坐标(xt,yt,z0)与二维码实际坐标值(xc,yc,z0)的差值。另一方面，本专利技术提供了一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定装置，包括：激光跟踪仪、靶球、摄像机、靶球-摄像机固定架和计算机；所述靶球和所述摄像机设置在所述靶球-摄像机固定架上，所述摄像机的镜头向下，在所述摄像机镜头的正上方的靶球-摄像机固定架上设有4个靶球；所述摄像机与所述计算机相连接，所述激光跟踪仪与所述计算机相连接。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法及装置，提升了二维码位姿测量精度，激光跟踪仪的自动捕捉功能与数据批量处理过程简化了操作。机器人手眼标定算法计算靶球坐标系与摄像机坐标系间的变换关系减小了机械加工和安装造成的尺寸误差，摄像机标定二维码位姿减小了人工标定二维码位姿的随机误差；并且激光跟踪仪设置完成后可以自动跟踪靶球移动，避免了测量过程中手动找寻靶球位置的繁琐工作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法中靶球坐标系的示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法中激光跟踪仪坐标系的示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法中二维码坐标系的示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法中摄像机坐标系的示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法中靶球坐标系和摄像机坐标系结合的示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。随着二维码技术的发展，二维码也应用到了工业领域，二维码在AGV路径引导系统中的定位修正时，二维码粘贴过程会导致粘贴的二维码位姿信息与二维码自带的预设论位姿信息存在位姿偏差，为满足AGV路径引导系统定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S101：建立激光跟踪仪坐标系A、二维码坐标系B、摄像机坐标系C、靶球坐标系D和世界坐标系H，其中，二维码预设位姿的坐标系为世界坐标系H；S102：计算：激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵

【技术特征摘要】
1.一种基于激光跟踪仪的地面二维码标定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S101：建立激光跟踪仪坐标系A、二维码坐标系B、摄像机坐标系C、靶球坐标系D和世界坐标系H，其中，二维码预设位姿的坐标系为世界坐标系H；S102：计算：激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵靶球坐标系D和摄像机坐标系C之间的变换矩阵世界坐标系H和激光跟踪仪坐标系A之间的变换矩阵摄像机坐标系C和二维码坐标系B之间的变换矩阵S103：根据变换矩阵变换矩阵变换矩阵和变换矩阵计算世界坐标系H和二维码坐标系B之间的变换矩阵S104：通过变换矩阵计算二维码的位姿及位姿误差。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设有4个在同一平面的靶球P0、靶球P1、靶球P2和靶球P3，靶球P1、靶球P2和靶球P3分布在靶球P0的周围；所述靶球坐标系D以靶球P0为原点，向量的方向为靶球坐标系D的x轴方向，向量的方向为靶球坐标系D的y轴方向，同时垂直于x轴方向和y轴方向为z轴方向。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立激光跟踪仪坐标系A、二维码坐标系B、摄像机坐标系C、靶球坐标系D和世界坐标系H的步骤包括：激光跟踪仪坐标系A由激光跟踪仪自行设定；二维码坐标系B以二维码中心为原点，平行于相邻两条边线的方向分别为x轴与y轴方向，垂直于二维码向上为z轴方向；摄像机坐标系C以镜头中心为原点，垂直于镜头中轴为z轴方向，平行于镜头为x轴方向，同时垂直于x轴方向和z轴方向为y轴方向。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，计算激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵的步骤包括：激光跟踪仪测量靶球P0、靶球P1、靶球P2和靶球P3在激光跟踪仪坐标系A内的坐标AP0，AP1,AP2,AP3，根据公式DPk＝APk-AP0计算靶球P1、靶球P2和靶球P3在靶球坐标系D中的坐标DP1,DP2,DP3；其中，k＝1,2,3；根据坐标AP0，AP1,AP2,AP3和坐标DP1,DP2,DP3计算激光跟踪仪坐标系A和靶球坐标系D之间的变换矩阵5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算靶球坐标系D和摄像机坐标系C之间的变换矩阵的步骤包括：通过用摄像机标...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁培江，高豆豆，蔡鹦，陈冬冬，刘元伟，吴旭磊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11