[发明专利]一种面向视觉伺服的高精度高速定位标签和定位方法

说明书

本发明提供了一种面向视觉伺服的高精度高速定位标签和定位方法，所述定位标签呈正方形，外部为颜色呈黑色的矩形边框，内部颜色为白色，所述矩形边框的四周的宽度相等，在所述矩形边框的上、下、左、右四个边框的中部分别设置四条白色间隔条，且“黑‑白‑黑”的宽度比为3:2:3，所述右边框的白色间隔条的底端和所述下边框中的白色间隔条的右端相互连通，所述矩形边框内包含N个圆形标签，且N4，本发明通过对定位标签进行扫描、计算、解码等，实现定位标签位姿估计。本发明所述的定位标签兼具定位和编码能力，视觉检测识别更加鲁棒准确，具有位姿估计精准，耗时少，标签适用范围广的优点。

技术领域

本发明属于定位技术领域，尤其是涉及一种面向视觉伺服的高精度高速定位标签和定位方法。

背景技术

随着智能制造2025计划的推进，越来越多的工业场景和岗位实现了机器换人，例如仓储出入库、物料搬运、加工装配等。机器人在移动以及生产作业过程中均需要对自身以及作业对象进行高精度地快速位姿估计，以满足现代工厂高精度、高品质的生产作业要求。基于视觉的定位方法一般是借助目标物体上的显著特征或者人工布置的显著特征实现的，首先使用机器视觉的相关方法实现对特征点的准确检测，然后利用视觉成像原理和特征点之间的物理尺寸计算当前相机的位姿，一般采用最优化的方法实现位姿的最优估计。在工业生产中，目标物体一般不具备可以用于位姿估计的显著特征。因此，在实际的应用中位姿估计一般采用人工标记点，由此也诞生了多种人工标记点，其中二维码是目前应用最广泛的一种。

二维码是一种在一维条形码基础上扩展的二位可读可编码的标签，使用黑白矩形实现二进制编码，具备强大的编码能力，可携带大量的信息。在设计之初，为便于视觉扫描和检测，二维码加入了很多显著特征。以QRCode为例，在方形二维码的三个顶点上设置了特殊的黑白矩形相互嵌套的标记，宽度按照1:3:1设置，方便视觉算法快速、鲁棒的检索。目前主流的基于二维码的定位方法均是通过寻找方形二维码顶点的特殊标记点实现的。二维码定位的优点是方便，应用广泛，材料容易获取，同时具备定位和编码能力。缺点也很明显，首先二维码顶点处的特殊人工标记是为便于视觉算法鲁棒检测设计的，位置精度不高，内部的黑白矩形因为编码需求为乱序状态，无法用于定位，导致二维码的定位精度不高；其次二维码内部黑白矩形的检测和解码比较耗时，导致二维码定位的速度受到一定的限制，不能满足特定场景下的实时视觉伺服需求；再次二维码用于检测的顶点特征仅占二维码很小的一部分，当二维码在相机视野中比较小时，二维码检测失败的频率较高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种面向视觉伺服的高精度高速定位标签和定位方法，以解决现有技术中定位标签的定位精度不高、耗时长、不能满足特定场景下的实时视觉伺服需求以及检测失败高的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种面向视觉伺服的高精度高速定位标签，所述定位标签呈正方形，外部为颜色呈黑色的矩形边框，内部颜色为白色，所述矩形边框的四周的宽度相等，在所述矩形边框的上、下、左、右四个边框的中部分别设置四条白色间隔条，且上、下、左、右四个边框“黑-白-黑”的宽度比为3:2:3，所述右边框的白色间隔条的底端和所述下边框中的白色间隔条的右端相互连通，所述矩形边框内包含N个圆形标签，且N4。

进一步的，所述圆形标签包括圆环、实心圆以及交叉十字，所述圆环的内圆半径和所述实心圆的半径相等，且所述圆环和实心圆共圆心，所述交叉十字在所述圆心处。

进一步的，在黑白相机视觉伺服场景中，所述圆形标签为灰度图，其中圆环的灰度值为0，实心圆的灰度值分为255或128，255表示二进制中的0,128表示二进制中的1，在彩色相机视觉伺服场景中，圆形标签为彩色图，其中圆环的RGB值为(72，116，193)，实心圆的RGB值为(114，172，77)或(255，255，255)，前者表示二进制中的1，后者表示二进制中的0。

一种基于上述定位标签的面向视觉伺服的高精度高速定位方法，包括如下步骤：