本發(fā)明屬于機(jī)器人研發(fā)制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是涉及一種通過圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位的方法。
背景技術(shù)：
：：機(jī)器人的誕生和機(jī)器人學(xué)的建立和發(fā)展是20世紀(jì)自動(dòng)控制最具說服力的成就之一，是20世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重大成果。機(jī)器人從20世紀(jì)60年代誕生以來，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理和人工智能技術(shù)的發(fā)展，在短短的幾十年內(nèi)取得了巨大進(jìn)步。從第一臺(tái)機(jī)械手到現(xiàn)在的大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)線，機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率并獲得了巨大的成功。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，越來越多的具有智能化特點(diǎn)的機(jī)器人深入到我們的生產(chǎn)生活中。機(jī)器人的室內(nèi)定位是機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有的定位方法主要有以下幾種：一是一般的GPS定位，只能在室外使用，精度為10米左右；二是通過Wifi、Zigbee、藍(lán)牙等無線信號(hào)強(qiáng)度定位，容易受到環(huán)境遮擋等干擾，精度在1-10米左右；三是電磁定位，受環(huán)境干擾大，無法在一般環(huán)境下使用；四是光學(xué)定位，通過在室內(nèi)安裝多個(gè)固定攝像頭對(duì)特定物體進(jìn)行追蹤，精度很高，但是容易受遮擋干擾，架設(shè)成本貴。除了光學(xué)定位，其他定位技術(shù)都無法達(dá)到機(jī)器人導(dǎo)航所需的定位精度，一般室內(nèi)的壁障要求誤差在5厘米以內(nèi)，而機(jī)器人對(duì)方向定位的要求更高，隨著離定位點(diǎn)的距離加大，方位誤差會(huì)引入線性增大的位移誤差，在定位點(diǎn)密度約10米的環(huán)境，方位誤差不能超過1度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：：為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于現(xiàn)有技術(shù)中用于機(jī)器人室內(nèi)定位的方法定位精度低，容易受遮擋干擾，架設(shè)成本貴，從而提出一種通過圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)器人室內(nèi)定位的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種通過圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)器人室內(nèi)定位的方法，包括如下步驟：S1：在環(huán)境中預(yù)先安置多個(gè)路牌，并獲取多個(gè)所述路牌的位置和方向，在機(jī)器人身上安裝豎直方向的攝像頭。S2：通過機(jī)器人身上的攝像頭獲取環(huán)境圖像，在環(huán)境圖像中獲取第一特征路牌的位置和輪廓。S3：根據(jù)步驟S2中的第一特征路牌的位置和輪廓識(shí)別環(huán)境圖像中的路牌編號(hào)，取最接近的路牌編號(hào)作為識(shí)別的號(hào)碼，獲取第二特征路牌。S4：根據(jù)步驟S3中的第二特征路牌的位置和方向確定機(jī)器人自身的位置和方向，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟S1中：多個(gè)所述路牌的位置和方向通過安裝時(shí)指定或者通過安裝后測(cè)量獲取。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟S1中：多個(gè)所述路牌均為藍(lán)底白字路牌。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟S2具體包括如下步驟：S21：預(yù)先計(jì)算環(huán)境中多個(gè)路牌在HS分量的二維直方圖，所述HS分量為色度和飽和度分量。S22：將環(huán)境中每個(gè)像素值映射到HS空間，并用路牌直方圖的值代替，即獲取到濾除路牌背景后的灰度圖，越亮的位置越接近路牌。S23：對(duì)所述灰度圖進(jìn)行二值化處理，得到路牌的二值圖。S24：對(duì)所述二值圖進(jìn)行模糊和銳化處理，使得路牌的邊盡量連續(xù)。S25：對(duì)模糊和銳化處理后的二值圖進(jìn)行尋邊處理。S26：在尋邊處理后的二值圖中尋找封閉輪廓。S27：將封閉輪廓轉(zhuǎn)換成近似多邊形。S28：從近似多邊形中獲取四邊形，并對(duì)所述四邊形進(jìn)行凸邊形檢測(cè)，去掉非凸邊形。S29：在去掉非凸邊形后的四邊形進(jìn)行處理，獲取面積最大的四邊形作為第一特征路牌，并記錄所述第一特征路牌的位置和輪廓。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟S3具體包括如下步驟：S31：獲取步驟S2中的第一特征路牌的位置和輪廓信息。S32：根據(jù)第一特征路牌的輪廓中的四個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和本地平面坐標(biāo)，計(jì)算出攝像頭的圖像屏幕到路牌屏幕的仿射矩陣。S33：根據(jù)所述仿射矩陣，映射路牌圖像到路牌平面。S34：和已知的路牌進(jìn)行模式匹配，取最接近的路牌編號(hào)作為識(shí)別的號(hào)碼，將最接近的路牌作為第二特征路牌。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟S4具體包括如下步驟：S41：確定攝像機(jī)空間坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的換算公式，所述換算公式如下：sm′＝A[R|t]M′，即suv1=fx0cx0fycy001r11r12r13t1r21r22r23t2r31r32r33t3XYZ1,]]>其中，s表示因攝像機(jī)成像屏幕坐標(biāo)軸相互不正交引出的傾斜因子，m’表示圖像坐標(biāo)，A表示攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣，[R]t表示攝像機(jī)外參數(shù)矩陣，M’表示空間坐標(biāo)。S42：通過攝像機(jī)校準(zhǔn)獲取攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣A。S43：根據(jù)第二特征路牌中4個(gè)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和空間坐標(biāo)獲取攝像機(jī)外參數(shù)矩陣，即機(jī)器人在空間中的旋轉(zhuǎn)和位移，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過移動(dòng)機(jī)器人身上的攝像頭和圖像識(shí)別技術(shù)，識(shí)別環(huán)境中預(yù)先安置的路牌則可以根據(jù)路牌的位置和方向確定自身的位置和方向，精度可以達(dá)到厘米級(jí)，滿足機(jī)器人導(dǎo)航所需的精度要求，且不容易受到遮擋的干擾。對(duì)于通常的機(jī)器人平臺(tái)無額外成本：機(jī)器人平臺(tái)至少需要一個(gè)攝像機(jī)用來拍攝周圍的環(huán)境，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控或者錄像，或者用于機(jī)器視覺。精度可以很高：提高攝像頭分辨率，采取多次定位算法，可達(dá)到毫米級(jí)位置精度和1度以內(nèi)的方位精度。系統(tǒng)架設(shè)成本低：一般彩色打印機(jī)打印的藍(lán)底白字路牌即有很高的識(shí)別率，只需在環(huán)境中安置打印的路牌，并記錄路牌的位置和方向就可以完成定位系統(tǒng)的架設(shè)?；诼放谱R(shí)別的定位符合人類導(dǎo)航的策略，更容易和機(jī)器視覺整合。附圖說明：以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中：圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一種通過圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)器人室內(nèi)定位的方法流程圖；圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第一特征路牌的位置和輪廓獲取流程圖；圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的路牌在HS分量的二維直方圖；圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的濾除路牌背景后的灰度圖；圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)灰度圖二值化后的二值圖；圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的進(jìn)行模糊和銳化處理后的二值圖；圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的尋邊處理后的二值圖；圖8為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第二特征路牌獲取流程圖；圖9為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的機(jī)器人位置和方向獲取流程圖。具體實(shí)施方式：如圖1所示，本發(fā)明的一種通過圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)器人室內(nèi)定位的方法，包括如下步驟：S1：在環(huán)境中預(yù)先安置多個(gè)路牌，并獲取多個(gè)所述路牌的位置和方向，在機(jī)器人身上安裝豎直方向的攝像頭。本實(shí)施例中，多個(gè)所述路牌的位置和方向通過安裝時(shí)指定或者通過安裝后測(cè)量獲取。多個(gè)所述路牌均為藍(lán)底白字路牌。S2：通過機(jī)器人身上的攝像頭獲取環(huán)境圖像，在環(huán)境圖像中獲取第一特征路牌的位置和輪廓。如圖2所示，所述步驟S2具體包括如下步驟：S21：如圖3所示，預(yù)先計(jì)算環(huán)境中多個(gè)路牌在HS分量的二維直方圖，所述HS分量為色度和飽和度分量。S22：如圖4所示，將環(huán)境中每個(gè)像素值映射到HS空間，并用路牌直方圖的值代替，即獲取到濾除路牌背景后的灰度圖，越亮的位置越接近路牌。S23：如圖5所示，對(duì)所述灰度圖進(jìn)行二值化處理，得到路牌的二值圖。S24：如圖6所示，對(duì)所述二值圖進(jìn)行模糊和銳化處理，使得路牌的邊盡量連續(xù)。S25：如圖7所示，對(duì)模糊和銳化處理后的二值圖進(jìn)行尋邊處理。S26：在尋邊處理后的二值圖中尋找封閉輪廓。S27：將封閉輪廓轉(zhuǎn)換成近似多邊形。S28：從近似多邊形中獲取四邊形，并對(duì)所述四邊形進(jìn)行凸邊形檢測(cè)，去掉非凸邊形。S29：在去掉非凸邊形后的四邊形進(jìn)行處理，獲取面積最大的四邊形作為第一特征路牌，并記錄所述第一特征路牌的位置和輪廓。S3：根據(jù)步驟S2中的第一特征路牌的位置和輪廓識(shí)別環(huán)境圖像中的路牌編號(hào)，取最接近的路牌編號(hào)作為識(shí)別的號(hào)碼，獲取第二特征路牌。如圖8所示，所述步驟S3具體包括如下步驟：S31：獲取步驟S2中的第一特征路牌的位置和輪廓信息。S32：根據(jù)第一特征路牌的輪廓中的四個(gè)角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和本地平面坐標(biāo)，計(jì)算出攝像頭的圖像屏幕到路牌屏幕的仿射矩陣。S33：根據(jù)所述仿射矩陣，映射路牌圖像到路牌平面。S34：和已知的路牌進(jìn)行模式匹配，取最接近的路牌編號(hào)作為識(shí)別的號(hào)碼，將最接近的路牌作為第二特征路牌。S4：根據(jù)步驟S3中的第二特征路牌的位置和方向確定機(jī)器人自身的位置和方向，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位。如圖9所示，所述步驟S4具體包括如下步驟：S41：確定攝像機(jī)空間坐標(biāo)到圖像坐標(biāo)的換算公式，所述換算公式如下：sm′＝A[R|t]M′，即suv1=fx0cx0fycy001r11r12r13t1r21r22r23t2r31r32r33t3XYZ1,]]>其中，s表示因攝像機(jī)成像屏幕坐標(biāo)軸相互不正交引出的傾斜因子，m’表示圖像坐標(biāo)，A表示攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣，[R]t表示攝像機(jī)外參數(shù)矩陣，M’表示空間坐標(biāo)。S42：通過攝像機(jī)校準(zhǔn)獲取攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣A。S43：對(duì)于平面物體Z＝0，我們最少需要4個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)就可以解方程得到R|t，即平面物體的旋轉(zhuǎn)和位移。根據(jù)第二特征路牌中4個(gè)點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和空間坐標(biāo)獲取攝像機(jī)外參數(shù)矩陣，即機(jī)器人在空間中的旋轉(zhuǎn)和位移，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位。本實(shí)施例所述的一種通過圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)機(jī)器人室內(nèi)定位的方法，通過移動(dòng)機(jī)器人身上的攝像頭和圖像識(shí)別技術(shù)，識(shí)別環(huán)境中預(yù)先安置的路牌則可以根據(jù)路牌的位置和方向確定自身的位置和方向，精度可以達(dá)到厘米級(jí)，滿足機(jī)器人導(dǎo)航所需的精度要求，且不容易受到遮擋的干擾。對(duì)于通常的機(jī)器人平臺(tái)無額外成本，機(jī)器人平臺(tái)只需要一個(gè)攝像機(jī)用來拍攝周圍的環(huán)境，用于遠(yuǎn)程監(jiān)控或者錄像，或者用于機(jī)器視覺。精度可以很高，提高攝像頭分辨率，采取多次定位算法，可達(dá)到毫米級(jí)位置精度和1度以內(nèi)的方位精度。系統(tǒng)架設(shè)成本低，一般彩色打印機(jī)打印的藍(lán)底白字路牌即有很高的識(shí)別率，只需在環(huán)境中安置打印的路牌，并記錄路牌的位置和方向就可以完成定位系統(tǒng)的架設(shè)?；诼放谱R(shí)別的定位符合人類導(dǎo)航的策略，更容易和機(jī)器視覺整合。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3