[发明专利]一种复杂环境下的视觉定位方法及系统

说明书

本发明涉及一种复杂环境下的视觉定位方法及系统，包括以下步骤：根据预先在待测目标物上布置的至少四个X角点标志物，建立坐标系；获取包含X角点标志物的目标物图像并进行模板匹配，确定模板匹配中心点坐标；根据模板匹配中心点确定感兴趣区域，并在感兴趣区域内进行直线检测，得到与模板匹配中心点距离最小的k条直线和t个直线交点；确定t个直线交点的几何中心Msubgt;0/subgt;，提取第i个标志物的X角点，通过四个所检X角点的像素坐标和世界坐标求解PnP问题，实现视觉定位。通过直线检测，点线距离，点点距离，确定标志物特征点位置，过滤掉其他无关角点，通过亚像素级角点检测提取亚像素级别X角点，确定特征点位置进行视觉定位。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，具体为一种复杂环境下的视觉定位方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

视觉定位在机器人自动装配，机器人运动建模及无人驾驶等领域具有重要的作用。在视觉定位过程中，使用相机检测标志物特征，并通过至少4组特征点在像素坐标系与世界坐标系的对应关系来求解Pn P(Perspective-n-Point)问题进行位姿解算是常见且行之有效的方法。

标志物的选取要求其制作简单，放置方便，特征明确，且能与背景环境轻易区分。一般来说，可通过LED灯板、不同颜色光源、轮廓模型或圆环等作为标志物进行检测。然而，在大型磨机、井窖或灾害现场等背景复杂、条件恶劣且危险的场景下，稳定的光源无法得到保证，标志物的检测难度大幅提高。因亮斑等背景噪声的存在，光反射的标志物检测存在极大的不稳定因素，局限性较大。此外，偏心误差的存在也会使得轮廓和圆环圆心的检测精度降低，而无法保证较高的定位精度。

X角点标志物只有黑白两种像素，对光照的敏感性较小，且适用于光通量、细节表现、应用范围和稳定性均强于RGB相机的单通道灰度相机；此外，X角点是两直线交点，两条直线的交点依旧代表现实中的交点在相机中的位置，不存在偏心误差。因此，X角点标志物是一种理想的视觉定位标志物。

然而，因为高斯噪声、椒盐噪声等存在，直接对复杂环境中的标志物进行基于灰度图像、二值图像或轮廓曲线的角点检测，均会得到环境中的多余噪声角点，导致无法完成特征点像素坐标和世界坐标的匹配，进而无法求解PnP问题完成定位。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种复杂环境下的视觉定位方法及系统，在复杂环境图像中精准检测到X标志物的X角点，是发挥X角点光照不敏感，无偏心误差，通用性强的优势，在复杂环境下实现视觉定位的关键。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种复杂环境下的视觉定位方法，包括以下步骤：

根据预先在待测目标物上布置的至少四个X角点标志物，建立坐标系；

获取包含X角点标志物的目标物图像并进行模板匹配，确定模板匹配中心点坐标；

根据模板匹配中心点确定感兴趣区域，并在感兴趣区域内进行直线检测，得到与模板匹配中心点距离最小的k条直线和t个直线交点；

确定t个直线交点的几何中心M₀，提取第i个标志物的X角点，通过四个所检X角点的像素坐标和世界坐标求解PnP问题，实现视觉定位。

建立坐标系，具体为：在待测目标物上布置至少四个相对位置固定的X角点标志物，或布置X角点标志物后通过建模获取其相对位置；根据4个X角点标志物的位置，建立世界坐标系。

模板匹配，如下式所示：