[发明专利]基于红外路标的移动机器人定位系统和方法

权利要求书

1.一种基于红外路标的移动机器人室内定位系统，该系统包括：

点阵式主动红外路标，贴附于室内天花板上，为m×m型点阵式，红外路标的世界坐标值被预先确定，其中m是大于等于3的整数；

广角红外摄像机，固定在移动机器人身上，用于捕捉红外图像，广角摄像机的内参和畸变参数被预先标定，其初始单应矩阵H₀也被预先确定；

计算机单元，用于从广角红外摄像机接收所述红外图像，并对红外图像进行畸变校正及图像预处理操作，并根据处理后的红外图像来检测和识别红外路标，然后利用初始单应矩阵H₀，采用扩展单应矩阵定位方法对移动机器人进行定位计算。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述点阵式主动红外路标由贴片式红外发射二极管制作，近红外波长为850nm。

3.根据权利要求2所述的定位系统，其特征在于，所述点阵式主动红外路标的点阵为3×3型，由外围较大的四点和其余较小的点组成，较大的四点用于路标的检测与定位计算，其余较小的点用于路标的ID值计算。

4.根据权利要求3所述的定位系统，其特征在于，所述红外广角摄像机采用焦距为2.8mm或者2.5mm的大广角镜头，镜头前方安装中心波长为850nm的窄带通滤波片。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述计算机单元通过点域检测、路标点集聚类、路标选择、四个定位点的辨识以及ID值计算来检测和识别路标。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述扩展单应矩阵定位方法为：通过假设单应矩阵不变来计算出虚拟路标的位置，由虚拟路标与实际路标之间的位姿差异推算出摄像机的位姿变化，从而达到移动机器 人定位的目的。

7.一种基于红外路标的移动机器人室内定位方法，该方法包括步骤：

将3×3型的点阵式主动红外路标帖附于天花板上，确定所有红外路标的世界坐标值；

将广角红外摄像机固定在机器人身上，标定广角摄像机的内参和畸变参数，计算摄像机的初始单应矩阵H₀；

确定移动机器人的初始位姿；

捕捉红外图像，并进行畸变校正及图像预处理操作；

检测并识别红外路标；

利用初始单应矩阵H₀，采用扩展单应矩阵定位方法进行定位计算。

8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，所述点阵式主动红外路标由贴片式红外发射二极管制作，近红外波长为850nm。

9.根据权利要求8所述的定位方法，其特征在于，所述点阵式主动红外路标的点阵由外围较大的四点和其余较小的点组成，较大的四点用于路标的检测与定位计算，其余较小的点用于路标的ID值计算。

10.根据权利要求9所述的定位方法，其特征在于，所述红外广角摄像机采用焦距为2.8mm或者2.5mm的大广角镜头，镜头前方安装中心波长为850nm的窄带通滤波片。

11.根据权利要求10所述的定位方法，其特征在于，所述计算机单元通过点域检测、路标点集聚类、路标选择、四个定位点的辨识以及ID值计算来检测和识别路标。

12.根据权利要求11所述的定位方法，其特征在于，所述扩展单应矩阵定位方法为：通过假设单应矩阵不变来计算出虚拟路标的位置，由虚拟路标与实际路标之间的位姿差异推算出摄像机的位姿变化，从而达到移 动机器人定位的目的。