本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種以定距三球?yàn)橐曈X標(biāo)志物的室內(nèi)自動運(yùn)輸車定位系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在于：采用特定大小比例、特定擺放位置、可發(fā)光的三球組合作為標(biāo)志物，并固定在自動運(yùn)輸車上；小孔攝像機(jī)固定在室內(nèi)天花板上，向下拍攝標(biāo)志物；通過連接在攝像機(jī)的嵌入式系統(tǒng)對每幀圖像進(jìn)行標(biāo)志物提取和分析，完成對自動運(yùn)輸車位姿的檢測，并把定位結(jié)果通過無線模塊完成對自動運(yùn)輸車的通信及控制。本實(shí)用新型專利技術(shù)所述定位系統(tǒng)不僅計(jì)算簡單、能同時實(shí)現(xiàn)位置、方向及傾角定位，且穩(wěn)定性好，精度高，可完成復(fù)雜環(huán)境下的定位。（*該技術(shù)在2024年保護(hù)過期，可自由使用*）
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及一種室內(nèi)定位
，特別涉及一種基于機(jī)器視覺的室內(nèi)自動運(yùn)輸車定位
技術(shù)介紹
由于室內(nèi)環(huán)境中存在較多的限制條件，導(dǎo)致GPS系統(tǒng)并不能發(fā)揮它準(zhǔn)確定位的優(yōu)勢。因此尋找一個合適技術(shù)進(jìn)行室內(nèi)定位（IPS）也很快成為當(dāng)今研究開發(fā)的熱點(diǎn)。目前常用的室內(nèi)定位技術(shù)包括AGPS技術(shù)、超聲波技術(shù)、射頻識別技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)等，但這些技術(shù)的定位精度比較低，不僅易受多徑效應(yīng)和環(huán)境變動而影響計(jì)算，而且需要在室內(nèi)布置大量硬件設(shè)施輔助定位，不利于維護(hù)。近年來出現(xiàn)一些基于視覺的物體位置和方向的檢測方法，如文獻(xiàn)“DeRenLi,YongLiu,XiuXiaoYuan,Image-basedself-positionandorientationmethodformovingplatform[J].ScienceChinaInformationSciences,2013,56(4):4649-4662.”其主要優(yōu)勢是能夠避開上述技術(shù)因傳輸產(chǎn)生的誤差，提供比較高的定位精度，并且能夠不增加硬件成本就能進(jìn)行目標(biāo)物方向和傾角的檢測。對于機(jī)器視覺的定位方式，目前主要有以下三種方案：單目視覺定位、雙目視覺定位和全方位視覺定位。基于雙目視覺的定位系統(tǒng)，主要根據(jù)雙攝像頭獲取場景圖像的視差信息進(jìn)行位置判斷，如文獻(xiàn)“白明,莊嚴(yán),王偉.雙目立體匹配算法的研究與進(jìn)展[J].控制與決策,2008,23(7):721-729.”；全方位視覺定位系統(tǒng)，利用全方位攝像頭獲取包含360°場景信息的圖像，接著把全方位圖展開成柱面全景圖，最后實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物的定位，如文獻(xiàn)“周明暉.基于全方位視覺的柱面展開與實(shí)時目標(biāo)跟蹤算法研究[D].上海:上海交通大學(xué),2013”。對比以上兩種方案，基于單目視覺的定位系統(tǒng)無需解決雙目視覺系統(tǒng)中雙圖像的像素匹配和全方位視覺系統(tǒng)中圖像畸變、像素重復(fù)與丟失等帶來的誤差問題，并具有成本低、體積小、實(shí)時性高的特點(diǎn)，因此近年來越來越多地被采用。其中基于幾何投影法的單目視覺測距方法被廣泛應(yīng)用于移動機(jī)器人測距、汽車自動壁障等。但在實(shí)際應(yīng)用時，機(jī)器人或汽車的走動容易引起攝像頭的抖動，這將嚴(yán)重影響測距算法，造成較大的誤差。通常自動運(yùn)輸車（AGV）本身不適用于作為定位目標(biāo)，因?yàn)椴煌瑧?yīng)用的AGV外觀不盡相同，需要針對不同的AGV更改識別算法，并且AGV外觀在不同視圖下不具有不變性，需要增加矯正算法，這不僅會帶來矯正誤差，而且會增加代碼開銷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是為了避免上述現(xiàn)有室內(nèi)定位技術(shù)存在的誤差問題，提供一種采用固定單攝像頭方式并以特定組合的三球標(biāo)志物作為定位目標(biāo)的室內(nèi)自動運(yùn)輸車定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自動運(yùn)輸車的快速、精確、可靠的定位。本技術(shù)所采用技術(shù)方案如下：設(shè)計(jì)一種由特定組合的三球標(biāo)志物作為定位目標(biāo)，間接實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自動運(yùn)輸車位置、方向及傾角的檢測，該標(biāo)志物由兩個半徑相同的小球和一個半徑為小球半徑2倍的大球組合而成，且兩個小球球心與大球球心距離都為大球半徑的4倍，三球球心構(gòu)成一個以小球球心與大球球心的距離為腰長，頂角為120°的等腰三角形，三個球均可分別裝入三種不同顏色的LED，搭配成27種不同編碼的標(biāo)志物。在室內(nèi)地面中，大球球心主要作為定位目標(biāo)的位置判斷，等腰三角形在室內(nèi)地面的方位作為定位目標(biāo)方向的判斷，三小球的球心所構(gòu)成平面與室內(nèi)平面產(chǎn)生的夾角作為定位目標(biāo)的傾角判斷。所述三種不同顏色的LED為紅、綠、藍(lán)三種顏色的LED。所述等腰三角形方位是指以大球球心為原點(diǎn)，與底邊中點(diǎn)構(gòu)成的射線在室內(nèi)地面指向的方向。在室內(nèi)天花板上固定安裝光軸垂直于室內(nèi)地面的攝像機(jī)，由該攝像機(jī)獲取室內(nèi)地面圖像，處理器對所獲取的圖像進(jìn)行預(yù)處理、標(biāo)志物的識別以及位姿的計(jì)算，并通過無線通信模塊完成對自動運(yùn)輸車的導(dǎo)航及控制。優(yōu)選的，所述處理器為DSP數(shù)字信號處理器。所述圖像預(yù)處理具體處理過程如下：先對RGB圖像進(jìn)行顏色分割，接著對顏色分割后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)腐蝕和膨脹操作，最后對圖像進(jìn)行邊緣提取操作。所述標(biāo)志物的識別具體處理過程如下：先對所有邊緣輪廓像素進(jìn)行歸類和記錄，接著對滿足面積要求以及圓形度要求的輪廓進(jìn)行篩選，對篩選后的輪廓圖像進(jìn)行最小二乘法的橢圓擬合，最后利用三球之間的距離、線度比例關(guān)系和模式匹配方法識別出標(biāo)志物。所述位姿的計(jì)算具體處理過程如下：先由圖像中三球球心的位置根據(jù)小孔成像的幾何投影關(guān)系計(jì)算出三球在室內(nèi)地面位置，再根據(jù)三球的計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步得出目標(biāo)物的方向和傾角。優(yōu)選的，所述無線通信模塊為工作在2.4G～2.5GHz的無線收發(fā)芯片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)對單個球狀物進(jìn)行位置定位，它在任意視角下都具不變性，任意方位都不影響識別的穩(wěn)定性，避免了增加矯正算法帶來的代碼開銷，提高識別速度。(2)檢測自動運(yùn)輸車方向和傾角時，只需通過三球位置關(guān)系即可檢測，無需對自動運(yùn)輸車輪廓進(jìn)行處理，此方式實(shí)現(xiàn)簡潔，且誤差小、實(shí)時性好。(3)根據(jù)三球的可發(fā)光性、特定的距離及線度比例關(guān)系，不僅提高了系統(tǒng)對標(biāo)志物識別的可靠性，抗干擾能力強(qiáng)，可完成復(fù)雜環(huán)境下的定位，且可組合成27種編號的標(biāo)志物，可適用于多臺自動運(yùn)輸車的同時導(dǎo)航及控制。(4)標(biāo)志物的使用讓系統(tǒng)不局限于某種形狀的自動運(yùn)輸車，只需把標(biāo)志物安裝在自動運(yùn)輸車就可定位，提高系統(tǒng)普適性。(5)采用固定攝像機(jī)方式，無需解決機(jī)器人或汽車走動引起攝像頭抖動造成的誤差問題，有效提高了室內(nèi)的定位精度。附圖說明圖1為本技術(shù)中的三球標(biāo)志物構(gòu)造示意圖；圖2為本技術(shù)中的標(biāo)志物位置定位原理模型圖；圖3為本技術(shù)中的標(biāo)志物方向檢測示意圖；圖4(a)～(b)分別為標(biāo)志物中小球Q的y方向傾斜及兩小球x方向傾斜示意圖；圖5為本技術(shù)中的系統(tǒng)組成示意圖；圖6為本技術(shù)中的處理器對每幀圖像的處理及識別算法流程圖；具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對本技術(shù)的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述設(shè)計(jì)一種由特定組合的三球標(biāo)志物作為定位目標(biāo)，間接實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自動運(yùn)輸車的定位功能，該標(biāo)志物結(jié)構(gòu)如圖1所示，由三個小球半徑比例為R1:R2:R3=2:1:1，兩個小球球心與大球球心距離L0與大球半徑R1比例為L0:R1=4:1，兩個小球球心與大球球心之間的夾角∠QPQ’=120°，三個球均可分別裝入三種不同顏色的LED，搭配成27種不同組合的標(biāo)志物。進(jìn)行定位目標(biāo)的位置檢測時，只需找出大球球心在圖像中的位置，然后通過幾何投影關(guān)系求出在室內(nèi)地面的位置。如圖2所示，該攝像機(jī)成像模型簡化為小孔成像模型，在室內(nèi)坐標(biāo)系本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種以定距三球?yàn)橐曈X標(biāo)志物的室內(nèi)自動運(yùn)輸車定位系統(tǒng)，其特征在于由特定組合的三球標(biāo)志物作為定位目標(biāo)，間接實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自動運(yùn)輸車位置、方向及傾角的檢測；所述特定組合的三球標(biāo)志物由兩個半徑相同的小球和一個半徑為小球半徑2倍的大球組合而成，且兩個小球球心與大球球心距離都為大球半徑的4倍，三球球心構(gòu)成一個以小球球心與大球球心的距離為腰長，頂角為120°的平面等腰三角形，該平面與自動運(yùn)輸車底盤平面平行，三個球均可分別裝入三種不同顏色的LED，搭配成27種不同編號的標(biāo)志物；所述大球用于標(biāo)志物在室內(nèi)地面中的位置判斷；所述等腰三角形用于標(biāo)志物方向的檢測，即等腰三角形中頂點(diǎn)為大球球心的點(diǎn)作為原點(diǎn)，與底邊中點(diǎn)構(gòu)成的射線在室內(nèi)地面指向的方向即為標(biāo)志物方向；所述平面用于標(biāo)志物傾角檢測，即三小球的球心所構(gòu)成平面與室內(nèi)平面產(chǎn)生的夾角作為標(biāo)志物的傾角；所述不同編號為采用00代表紅色，01代表綠色，10代表藍(lán)色，使用6位二進(jìn)制數(shù)來表示不同顏色組合的標(biāo)志物。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種以定距三球?yàn)橐曈X標(biāo)志物的室內(nèi)自動運(yùn)輸車定位系統(tǒng)，其特征在于由特定組合的三球標(biāo)志物作為定位目標(biāo)，間接實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自動運(yùn)輸車位置、方向及傾角的檢測；
所述特定組合的三球標(biāo)志物由兩個半徑相同的小球和一個半徑為小球半徑2倍的大球組合而成，且兩個小球球心與大球球心距離都為大球半徑的4倍，三球球心構(gòu)成一個以小球球心與大球球心的距離為腰長，頂角為120°的平面等腰三角形，該平面與自動運(yùn)輸車底盤平面平行，三個球均可分別裝入三種不同顏色的LED，搭...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘇成悅，林劍冰，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，蘇成悅，林劍冰，
類型：新型
國別省市：廣東;44
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