[发明专利]一种基于二维码的高精度视觉定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及二维码识别技术领域，尤其涉及一种基于二维码的高精度视觉定位方法及系统。

背景技术

二维码(2-dimensional bar code)是用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”和“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。矩阵式二维码是在一个矩形空间通过黑白像素在矩阵中的不同分布进行编码。在矩阵相应元素位置上，用点的出现表示二进制“1”,点的不出现表示二进制“0’，点的排列组合确定了矩阵式二维码所代表的意义。矩阵式二维码是建立在计算机图像处理技术、组合编码原理等基础上的一种新型图形符号自动识读处理码制。其中，矩阵式的Data Matrix二维条形码，因其尺寸小、保密性好、纠错能力强而广泛应用在工业、数据安全等领域。

随着家用服务机器人、仓储机器人的推广应用，室内机器人的定位和导航问题成为机器人领域的研究热点。为此，各种定位技术和车载传感器系统相继涌现。这些方法和仪器可以分为相对定位系统和绝对定位系统两大类。其中，相对定位系统依靠罗盘、里程计等可以给出移动机器人的大致位置和方向；而绝对定位系统如电磁导引、激光扫描仪以及视觉传感器等则被用来给出传感器系统在参考坐标系中的绝对位置和方向，并可纠正相对定产生的位置误差。而视觉方法是近年来发展起来的一种先进定位方法，它是通过摄像机摄取周围景物的图像，然后利用景物中一些自然的或者是人造的特征(路标)来实现位置确定。视觉定位方法中，地理特征或人工标志(简称路标)在世界坐标系中的位置是预先已知的。当从捕获的景物图像中提取出路标的图像坐标后，则通过路标在图像中的位置和它们在参考坐标系中的几何关系，就可以计算出传感器系统在参考坐标系中的绝对位置。

发明内容

本发明提供了一种基于二维码的高精度视觉定位方法，包括依次执行如下步骤：

标定步骤：对采集图像用到的工业相机进行标定，得到工业相机的内参数；

滤波步骤：对工业相机采集到图片进行滤波处理，减小噪声对识别精度的影响，并对图像进行二值化；

边缘检测步骤：对采集到的图像进行边缘检测；

初定位步骤：利用形态学操作对二维码初定位；

直线检测步骤：利用Hough变换进行直线检测；

校正步骤：二维码的旋转校正；

解码步骤：对二维码进行解码识别；

位姿解算步骤：结合解码得到的二维码信息和其世界坐标系下的坐标进行位姿解算。

作为本发明的进一步改进，在所述滤波步骤中，选取一个大小为3×3的滑动窗口，该窗口沿着数据的行方向逐像素滑动，在每次滑动期间内，窗口中的所有像素按照灰度值被排序，数据中的中值作为输出，替代原来窗函数的中心位置像素的灰度值，从而实现图片的滤波处理；

在所述滤波步骤中，设图像的阈值为T，依次设定阈值T的大小，分别计算出大于T、小于T的像素数目和灰度值之和，然后再分别计算出大于阈值和小于阈值的像素灰度值的概率和平均灰度值，再使用概率和平均灰度值求出类间方差，最后对计算出的254个类间方差进行对比，选取最大的类间方差值作为图像二值化的阈值，从而实现图像的二值化；

在所述边缘检测步骤中，图像的边缘是图像灰度值发生突变的像素的集合，边缘处图像灰度值的一阶导数和二阶导数都会有明显的变化，从而利用变化可以求得图像的边缘，并通过高斯拉普拉斯算子进行边缘检测。

作为本发明的进一步改进，在所述初定位步骤中，对二维码图像进行腐蚀膨胀处理，消除二维码内部的干扰点，再扫描腐蚀膨胀后图像的黑色像素点，标记扫描到的连通区域并计算出每个连通区域的面积大小，对扫描到的连通区域面积进行排列，找到其中面积最大的区域作为二维码区域。

作为本发明的进一步改进，在所述直线检测步骤中，设任意一条直线在直角坐标系中的方程为：设一条直线L在直角坐标系中的方程为：

y＝kx+b(9)

直线L的参数方程可以表示为：

ρ＝x cosθ+y sinθ(10)

其中，ρ表示原点到直线的距离，θ表示该直线与x轴的夹角，统计出极坐标系中经过每个交点的曲线个数，找到个数最多的点即对应的是某条直线；