一种多视觉编码靶标布局优化设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多视觉编码靶标布局优化设计方法及系统，方法包括：拟合定位误差与视觉编码靶标尺寸之间的定量关系式，并基于实际定位误差不超过定位误差参考值，确定视觉编码靶标尺寸与定位误差参考值应满足的第一约束条件；为保证机器人运动时视野中至少存在n个视觉编码靶标，确定相机分辨率和视觉编码靶标成像尺寸应满足的第二约束条件，n≥1；结合第一约束条件和第二约束条件，确定视觉编码靶标尺寸。如此，为多视觉编码靶标布局优化设计提供了有效的设计框架和方法指导，保证了大范围定位场景下所设计的基于视觉编码靶标的定位系统性能，进而为移动式机器人在大范围场景下自主定位提供了保障，提高了移动式机器人的自动化程度。自动化程度。自动化程度。

【技术实现步骤摘要】
一种多视觉编码靶标布局优化设计方法及系统


[0001]本专利技术属于视觉定位
，更具体地，涉及一种多视觉编码靶标布局优化设计方法及系统。

技术介绍

[0002]基于视觉编码靶标的定位方法是一种常见的视觉定位方法，具有低成本、高精度、易部署的特点，有应用到大范围定位场景的潜力。视觉编码靶标布局设计是设计基于视觉编码靶标的定位系统的关键所在，对基于视觉编码靶标的定位系统性能有直接的影响，但目前并没有多视觉编码靶标布局优化设计框架或方法指导。
[0003]因此，本领域亟需一种多视觉编码靶标布局优化设计方法，为多视觉编码靶标布局设计提供有效的方法指导，从根本上保证基于视觉编码靶标的定位系统的性能，推动基于视觉编码靶标的定位系统在大范围定位场景的应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种多视觉编码靶标布局优化设计方法及系统，旨在解决大范围定位场景下，基于视觉编码靶标定位系统设计中的多视觉编码靶标布局设计优化问题。
[0005]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种多视觉编码靶标布局优化设计方法，包括以下步骤：
[0006]拟合定位误差与视觉编码靶标尺寸之间的定量关系式，并基于实际定位误差不超过定位误差参考值，确定视觉编码靶标尺寸与所述定位误差参考值应满足的第一约束条件；
[0007]为保证机器人运动时视野中至少存在n个视觉编码靶标，确定相机分辨率和视觉编码靶标成像尺寸应满足的第二约束条件，n≥1；所述视觉编码靶标尺寸D与视觉编码靶标成像尺寸l满足其中，k是比例系数，取决于视觉编码靶标的设计；K为单位系数；L是相机与视觉编码靶标的最短距离；f是相机焦距；
[0008]结合所述第一约束条件和第二约束条件，确定所述视觉编码靶标尺寸。
[0009]进一步地，通过幂逼近数学模型或多项式模型拟合定位误差与视觉编码靶标尺寸之间的定量关系式。
[0010]进一步地，所述第二约束条件表示为：
[0011][0012]其中，W
×
H表示相机分辨率，W表示图像宽度，H表示图像高度。
[0013]进一步地，所述n＝4，所述第二约束条件表示为：
[0014][0015]进一步地，所述视觉编码靶标均为方形视觉编码靶标。
[0016]进一步地，所述视觉编码靶标均为方形视觉编码靶标，且各视觉编码靶标大小一致、无间隔、无相对旋转。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种多视觉编码靶标布局优化设计系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
[0018]所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
[0019]所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如第一方面所述的多视觉编码靶标布局优化设计方法。
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0021]本专利技术通过结合视觉编码靶标尺寸与所述定位误差参考值应满足的第一约束条件，以及相机分辨率和视觉编码靶标成像尺寸应满足的第二约束条件，确定视觉编码靶标尺寸；为多视觉编码靶标布局设计优化提供了一般化的设计框架和方法指导，从而提升了基于视觉编码靶标的定位系统性能。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的多视觉编码靶标布局优化设计方法流程示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例提供的视觉编码靶标各尺寸示意图；
[0024]图3是本专利技术实施例提供的定位场景示意图；
[0025]图4是本专利技术实施例提供的视觉编码靶标布局设计示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]在本专利技术中，本专利技术及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0028]参阅图1，本专利技术提供了一种多视觉编码靶标布局优化设计方法，包括操作S1至操作S3。
[0029]操作S1，拟合定位误差与视觉编码靶标尺寸之间的定量关系式，并基于实际定位误差不超过定位误差参考值，确定视觉编码靶标尺寸与所述定位误差参考值应满足的第一约束条件。
[0030]本实施例中，定位误差与视觉编码靶标尺寸之间的定量关系式，其一般形式如下：
[0031]E＝f(D)＝f(l，K,f,L,k)
[0032]其中，f(*)可以是包括但不限于幂逼近数学模型、多项式模型，具体形式可以通过设计视觉编码靶标尺寸与定位误差试验得到；E为定位误差，指的是绝对平移误差，定义是
位姿平移部分的均方根误差，单位为m；l为视觉编码靶标成像尺寸，单位为像素；K为单位系数；f是相机焦距，单位为mm；L是相机与视觉编码靶标最短距离，单位为m；k是比例系数，取决于视觉编码靶标的设计；d是视觉编码靶标有效尺寸，单位为m；D是视觉编码靶标尺寸，单位为m。
[0033]其中，视觉编码靶标有效尺寸d与视觉编码靶标成像尺寸l关系式为：
[0034][0035]视觉编码靶标尺寸D与视觉编码靶标有效尺寸d关系式为：
[0036]D＝kd
[0037]本实施例中，第一约束条件为：
[0038]E＝f(D)≤e，
[0039]其中，e为定位误差参考值，单位是m。
[0040]操作S2，为保证机器人运动时视野中至少存在n个视觉编码靶标，确定相机分辨率和视觉编码靶标成像尺寸应满足的第二约束条件，n≥1；所述视觉编码靶标尺寸D与视觉编码靶标成像尺寸l满足其中，k是比例系数，取决于视觉编码靶标的设计；K为单位系数；L是相机与视觉编码靶标的最短距离；f是相机焦距。
[0041]本实施例中，为保证机器人运动时视野中至少存在n个视觉编码靶标，需要满足通过变换后，即得到第二约束条件，表示为：
[0042][0043]其中，W
×
H表示相机分辨率，W表示图像宽度，H表示图像高度。
[0044]需要说明的是，机器人在运动过程中视野中视觉编码靶标数目至少为1是定位基本条件，此时能保证定位信息不中断。机器人在运动过程中视野中视觉编码靶标数目至少为4是定位最优条件，此时定位系统在定位精度和定位稳定性上可以达到良好的平衡。
[0045]当n＝1，第二约束条件表示为：
[0046][0047]当n＝4，第二约束条件表示为：
[0048][0049]操作S3，结合所述第一约束条件和第二约束条件，确定所述视觉编码靶标尺寸。
[0050]进一步地，视觉编码靶标布局可以使用视觉编码靶标布局密度来描述，视觉编码靶标布局密度定义为：每平方米相同尺寸的视觉编码靶标最大数量，单位是个/m2。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多视觉编码靶标布局优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：拟合定位误差与视觉编码靶标尺寸之间的定量关系式，并基于实际定位误差不超过定位误差参考值，确定视觉编码靶标尺寸与所述定位误差参考值应满足的第一约束条件；为保证机器人运动时视野中至少存在n个视觉编码靶标，确定相机分辨率和视觉编码靶标成像尺寸应满足的第二约束条件，n≥1；所述视觉编码靶标尺寸D与视觉编码靶标成像尺寸l满足其中，k是比例系数，取决于视觉编码靶标的设计；K为单位系数；L是相机与视觉编码靶标的最短距离；f是相机焦距；结合所述第一约束条件和第二约束条件，确定所述视觉编码靶标尺寸。2.根据权利要求1所述的多视觉编码靶标布局优化设计方法，其特征在于，通过幂逼近数学模型或多项式模型拟合定位误差与视觉编码靶标尺寸之间的定量关系式。3.根据权利要求1所述的多视觉编码靶标布局优化设计方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶波，王健，龚泽宇，顾振峰，尹周平，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：