基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开的基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法及系统，包括：在AGV小车前后两侧位置安装定位标签；在AGV小车的上方设置相机，对相机进行标定，获得相机拍摄图像中标志点的像素位置与实际位置之间的映射关系；利用相机对环境进行拍摄，获得包含定位标签的图像；对图像进行二值化处理；分析二值化图像中的定位标签，识别定位标签的位置、角度、内容；根据小车中心点处于定位标签之间的位置、角度关系，对应定位标签的内容，求解小车中心点与定位标签的相对位置关系；结合相机标定的映射关系，经坐标变换，获得小车在环境中的位姿信息。本发明专利技术实现小车在环境中的位姿参数定位，且识别过程运算量小，定位精度与速度都能满足应用要求。能满足应用要求。能满足应用要求。

【技术实现步骤摘要】
基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法及系统


[0001]本专利技术涉及AGV小车定位
，具体涉及基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法及系统。

技术介绍

[0002]AGV (Automated Guided Vehicle)，通常也称为AGV小车，是指装备有自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。
[0003]根据AGV自动行驶过程中的导航方式将AGV分为以下几种类型：电磁感应引导式AGV、激光引导式AGV、视觉引导式AGV等。其中视觉引导式AGV装配有摄像机和传感器，在AGV行驶过程中，摄像机动态获取车辆周围环境图像信息并与图像数据库进行比较，从而确定当前位置并对下一步行驶做出决策。由于不要求人为设置任何物理路径，视觉引导式AGV在理论上具有最佳的引导柔性，且随着计算机图像采集、储存和处理技术的飞速发展，实用性越来越强。
[0004]目前基于视觉引导式AGV的常用导航方式为在路面设置路径或标志信息，如贴上连续的标识线作为路径或设置二维码标志区域等，摄像机拍摄标志信息图像，图像经过数字图像处理技术处理后得到特征点在计算机图像坐标系的坐标值，再利用计算机图像坐标系和世界坐标系的关系进行转换，得到AGV姿态的偏差，并作为反馈来控制AGV。但标识线和二维码图像识别难度大，整个视觉分析过程较为繁琐，所需能耗高，且计算量大，无法保证AGV小车的运动轨迹精度。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法及系统，实现小车在环境中的位姿参数定位，且识别过程运算量小，定位精度与速度都能够满足室内采集中AGV导航的要求。
[0006]技术方案：本专利技术所述基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法，包括如下步骤：S1、设计定位标签：在AGV小车前后两侧位置安装共4个内容不同的定位标签；S2、数字化环境：在AGV小车的上方设置相机，对相机进行标定，获得相机拍摄图像中标志点的像素位置与实际位置之间的映射关系；S3、获取图片：利用相机对环境进行拍摄，获得包含定位标签的图像；S4、二值化图片：对图像进行二值化处理；S5、定位标签识别：分析二值化图像中的定位标签，识别定位标签的位置、角度、内容； S6、坐标映射：根据AGV小车中心点处于定位标签之间的位置、角度关系，对应定位标签的内容，求解AGV小车中心点与定位标签的相对位置关系；S7、小车位姿定位：结合相机标定的映射关系，经坐标变换，获得AGV小车在环境中的位姿信息。
[0007]进一步完善上述技术方案，还包括S8、小车移动导航：S81、在环境中选取被测点，通过相机标定的映射关系确定被测点的位置信息；S82、根据步骤S7获取当前位置AGV小车在环境中的位姿信息，包括小车的朝向以及小车中心点；S83、计算当前位置AGV小车中心点
与目标位置AGV小车中心点之间的距离和夹角信息，以及目标位置AGV小车中心点与被测点之间的距离和夹角信息；S84、根据步骤S83计算的信息确定AGV小车从当前位置移动到目标位置的路径。
[0008]进一步地，所述步骤S2中相机的标定过程包括：相机拍摄标准标定图像；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；根据标志点的像素位置与实际位置，建立映射关系。
[0009]进一步地，所述步骤S5中选取识别度最高的两个定位标签进行识别计算，若计算通过、则识别正确，若计算不通过，选取第三个定位标签进行识别计算，若第三个定位标签计算仍然不通过，则随机旋转角度再次进行识别。
[0010]进一步地，根据定位标签在AGV小车中的位置分为车头右、车头左、车尾左、车尾右，每个定位标签均包括方形的边框区以及设于边框区中部的数据区，数据区为圆形图标，边框区与数据区的颜色不同；所述车头右、车头左、车尾左、车尾右的圆形图标形状不同且边框区颜色、数据区颜色均不相同。
[0011]进一步地，所述车头右、车头左、车尾左、车尾右在AGV小车上的安装位置具有平移旋转不变性特征。
[0012]进一步地，所述相机在AGV小车上方的安装位置能够保证AGV小车在环境内移动时均能够被相机拍摄到且拍摄的图像画面为正影。
[0013]进一步地，所述相机为全帧曝光方式的工业用相机，具备帧率和曝光时间调节，相机镜头为广角镜头，视场角度为135
°
。
[0014]用于实现上述定位方法的基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位系统，包括上位机、AGV小车、相机，AGV小车在环境内移动，相机设置在AGV小车上方对环境内AGV小车进行拍摄，AGV小车、相机均与上位机相连；所述AGV小车在前后两侧的位置安装有四个内容不同的定位标签，所述上位机设有相机标定程序以及标定被测点功能模块、标定小车位姿功能模块、标定移动功能模块；所述相机拍摄获取包含定位标签的图片并传输至上位机，所述标定被测点功能模块用于选取被测点并通过相机标定程序对被测点进行标定，所述标定小车位姿功能模块用于识别定位标签、利用小车中心点与定位标签的相对位置关系并通过相机标定程序对当前位置的小车进行位姿标定，所述标定移动功能模块用于设置目标位置、计算AGV小车从当前位置移动至目标位置的路径信息并发送至AGV小车。
[0015]进一步地，所述相机标定程序功能包括：相机拍摄标准标定图像；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；根据标志点的像素位置与实际位置，建立映射关系；所述标定小车位姿功能模块包括识别定位标签的位置、角度、内容，根据AGV小车中心点处于定位标签之间的位置、角度关系，对应定位标签的内容，求解AGV小车中心点与定位标签的相对位置关系；所述标定移动功能模块包括计算当前位置AGV小车中心点与目标位置AGV小车中心点之间的距离和夹角信息，以及目标位置AGV小车中心点与被测点之间的距离和夹角信息，根据计算的信息确定AGV小车从当前位置移动到目标位置的路径。
[0016]有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术在AGV小车前后两侧设置四个内容不同的定位标签，将AGV小车四角进行图片数字化，在AGV小车上方设置高速相机获取包含定位标签的图像，通过对图像处理进行定位标签位置、内容、偏转角度的识别，根
据小车中心点与定位标签之间位置、角度关系，利用相机标定关系进行相关坐标变换转化为小车在环境中的位置、姿态信息，实现小车在环境中的定位，相对于现有的机器视觉定位方法，本专利技术的识别过程运算量小，定位精度、速度均能够满足室内采集中AGV的导航要求。利用高速相机工作稳定、成本低，并通过上位机进行图像处理，不仅解决传统的室内人工图像采集效率低下、人力资源和成本高昂的问题，而且提高了整个定位系统识别过程的定位精度和速度，同时体现了整个过程运算量小，定位精度高，运行速度快等特点。
[0017]AGV小车设置的4个定位标签，通过边框区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、设计定位标签：在AGV小车前后两侧位置安装共4个内容不同的定位标签；S2、数字化环境：在AGV小车的上方设置相机，对相机进行标定，获得相机拍摄图像中标志点的像素位置与实际位置之间的映射关系；S3、获取图片：利用相机对环境进行拍摄，获得包含定位标签的图像；S4、二值化图片：对图像进行二值化处理；S5、定位标签识别：分析二值化图像中的定位标签，识别定位标签的位置、角度、内容；S6、坐标映射：根据AGV小车中心点处于定位标签之间的位置、角度关系，对应定位标签的内容，求解AGV小车中心点与定位标签的相对位置关系；S7、小车位姿定位：结合相机标定的映射关系，经坐标变换，获得AGV小车在环境中的位姿信息。2.根据权利要求1所述的基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法，其特征在于：还包括S8、小车移动导航：S81、在环境中选取被测点，通过相机标定的映射关系确定被测点的位置信息；S82、根据步骤S7获取当前位置AGV小车在环境中的位姿信息，包括小车的朝向以及小车中心点；S83、计算当前位置AGV小车中心点与目标位置AGV小车中心点之间的距离和夹角信息，以及目标位置AGV小车中心点与被测点之间的距离和夹角信息；S84、根据步骤S83计算的信息确定AGV小车从当前位置移动到目标位置的路径。3.根据权利要求2所述的基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法，其特征在于：所述步骤S2中相机的标定过程包括：相机拍摄标准标定图像；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；根据标志点的像素位置与实际位置，建立映射关系。4.根据权利要求3所述的基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法，其特征在于：所述步骤S5中选取识别度最高的两个定位标签进行识别计算，若计算通过、则识别正确，若计算不通过，选取第三个定位标签进行识别计算，若第三个定位标签计算仍然不通过，则随机旋转角度再次进行识别。5.根据权利要求1所述的基于高速相机视觉自动化图像采集小车的定位方法，其特征在于：根据定位标签在AGV小车中的位置分为车头右、车头左、车尾左、车尾右，每个定位标签均包括方形的边框区以及设于边框区中部的数据区，数据区为圆形图标，边框区与数据区的颜色不同；所述车头右、车头左、车尾左、车尾右的圆形...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宇飞，倪邦杰，
申请(专利权)人：北京清飞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：