[发明专利]一种用于移动机器人的二维码结构及解码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于机器人进行室内环境定位以及标识物体的二维码结构及其解码方式。

背景技术

在机器人视觉中，环境特征的提取与识别一直是一个难题。一般的环境特征如直线等不具有唯一性，即使组合使用也有很大难度，需要建立CAD模型或是结合基于概率的定位方法进行使用，复杂的环境特征如SIFT等运算量较大，因此不适合对实时性要求很高的机器人使用。此外，场景中的环境特征往往非常单一且不断重复，利用这些环境特征进行物体识别和定位将有很大难度。因此，在目前的技术条件下，利用人工标志辅助移动机器人进行物体识别和定位将是一种行之有效的解决方案。

二维码具有信息容量大、纠错能力强、适合于CCD摄像机识别等特点，已经在商业流通、物流、生产自动化管理等领域得到了广泛应用。二维码的这些特点使得它非常适合于作为机器人应用中的人工标志。但是，因为目前的二维码大都是为近距离识别而设计的，在进行解码时可以保证二维码在译码设备获取的图像之中，与移动机器人的应用环境有较大区别，因此不能直接用于移动机器人的目标识别任务。

发明内容

为了有效解决机器人目标识别与定位问题，本发明提出了用于移动机器人的MR(Mobile Robot)二维码结构和其解码方法。本发明的目的是设计一种可以供机器人进行自主定位和目标识别用的二维码结构以及对应的解码方法，在编码上仍使用和普通二维码相同的编码方式。

为了实现所述目的，本发明一方面，提供一种二维码结构，包括：在正多边形平面图形基底上具有码图符号，其码图符号由具有与基底不同光学反射率的定位模块和单元模块组成，定位模块和单元模块排列在平面图形上，定位模块和单元模块之间、单元模块之间留有间隙。

根据本发明的实施例，所述定位模块为实心圆形图案，其直径为大于或等于单元模块直径的两倍，定位模块与单元模块的之间的最短距离不小于定位模块的自身直径，定位模块的位置为顶部接近正多边形顶点处。

根据本发明的实施例，所述单元模块为大小相同、n×n个等间距排列的实心圆形图案，排列于正多边形平面图形基底的中、下部，单元模块的圆心距离不小于单元模块直径的两倍，单元模块以长宽相等的矩阵方式排列。

根据本发明的实施例，所述单元模块的几何尺寸和二维码结构的几何尺寸根据实际需求改变。

为了实现所述目的，本发明另一方面，提供一种用于移动机器人的二维码的解码方法，包括如下

步骤1：获取码图符号图像；

步骤2：对获取的码图符号图像进行校正；

步骤3：对校正后的图像进行二值化；

步骤4：对二值化图像进行边缘提取；

步骤5：用计算不变量方法从边缘中检测二维码外轮廓边缘中的五条边；

步骤6：利用五条边对模块检测找出定位模块，确定当前的码图符号主方向；

步骤7：利用主方向计算从二维码的标准码图到当前获取图像的单映矩阵；

步骤8：利用单映矩阵将当前图像映射至标准码图；

步骤9：在映射后的图像中相应位置寻找单元模块，生成对应码词；

步骤10：码词还原及纠错。

根据本发明的实施例，使用最优阈值算法对图像二值化，具体步骤如下：

步骤31：设定初始阈值T₀；

步骤32：在第t步，计算前景和背景的灰度均值，设前景均值为U_f，背景均值为U_b；

步骤33：计算第t+1步的阈值T^(t+1)＝(U_f+U_b)/2；

步骤34：如果T^(t+1)＝T^(t)则停止，否则返回步骤32。

根据本发明的实施例，所述边缘提取，包括步骤如下：

步骤41：使用坎尼边缘检测算子处理二值化图像得到边缘图像；

步骤42：使用边缘细化技术将边缘细化为八邻域意义上的单像素连接边缘；

步骤43：对单像素连接边缘去除其大量短且曲率不近似为零即不是直线的边缘。

根据本发明的实施例，所述检测外轮廓，包括步骤如下：

步骤51：遍历当前获取图像中的线段，根据这些线段的端点是否相互接近将其所有线段分组，所有端点接近的线段分在一组；

步骤52：对包含小于五条线段的组不作处理，对包含五条线段的组计算不变量，对包含N＞5条线段的组做N中取5的组合，对每种组合情况计算不变量；