[发明专利]基于点阵结构光的障碍位置确定方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉测量领域，涉及一种障碍位置确定方法。

背景技术

障碍位置确定和识别是视觉测量领域研究的一个重要分支。传统的视觉三维恢复算法主要采用双相机进行障碍位置的确定，存在数据量大，计算速度慢、错误识别和错误计算的不足。

结构光视觉测量方法的研究最早见于20世纪70年代，结构光三维视觉测量以其大量程、大视场、较高精度、结构光图像信息易于提取、实时性强及主动受控等特定，近年来得到了广泛应用，但并未发现用于障碍位置确定方面的文献报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于点阵结构光的障碍位置确定方法，通过避障相机配合激光点阵仪对相机前方的遮挡物体进行三维恢复，从而高速准确的判断出遮挡物体的大小与位置。

本发明的技术解决方案是：基于点阵结构光障碍位置确定方法，步骤如下：

(1)选取采用f-θ成像模型的鱼眼相机作为避障相机，对所述鱼眼相机进行标定，得到鱼眼相机的内参数和外参数；

(2)对激光点阵仪进行标定，标定方法为：

(21)激光点阵仪的激光束射至地面上形成激光点，用摄影测量相机对对激光点拍照，经图像处理后得到激光点的像点坐标；

(22)利用摄影测量相机的内参数进行三角测量，得到激光点在摄影测量相机测量系统下的三维坐标；

(23)建立经纬仪测量系统，确定经纬仪测量坐标系与摄影测量相机测量系统的转换关系；

(24)通过经纬仪测量激光点阵仪上的基准镜，确定经纬仪测量系统和激光点阵仪基准镜坐标系的转换关系；

(25)通过步骤(22)和步骤(23)得到的激光点在经纬仪测量系统下的坐标，并利用步骤(24)的坐标转换关系得到激光点在激光点阵仪基准镜坐标系下的位置，完成激光点阵仪的标定；

(3)激光点阵仪的激光束射至障碍物上形成激光点，避障相机对激光点成像，根据激光点阵仪标定结果得到激光点在激光点阵仪基准镜坐标系下的位置；

(4)通过经纬仪同时对避障相机基准镜和激光点阵仪基准镜进行准直测量，建立避障相机基准镜坐标系和激光点阵仪基准镜坐标系的对应关系；

(5)利用步骤(4)的结果，将激光点在激光点阵仪基准镜坐标系下的位置转换到避障相机基准镜坐标系下；

(6)利用步骤(3)得到的激光点在避障相机所成的像点和步骤(5)中得到的激光点在避障相机基准镜坐标系下的位置，通过空间前方交会得到激光点在避障相机基准镜坐标系下的三维坐标初值，然后通过空间三角测量得到激光点在避障相机基准镜坐标系下精确的三维坐标，从而获得障碍点的位置信息。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明方法通过使用避障相机实现大范围的障碍位置确定，结合点阵结构光，通过避障相机坐标系下激光光束的直线方程与激光点在避障相机的成像像点共同恢复激光点的三维坐标，来判断前方遮挡物体的大小与其避障相机坐标系下的位置，进而通过遮挡物体的大小与位置信息引导月球车成功的实现自动避障功能，解决视觉成像系统在视场边缘由于镜头畸变引的三维恢复精度差的不足，实现高速、高精度准确定位与识别。

附图说明

图1为本发明方法的原理图；

图2为本发明方法的流程框图；

图3为本发明避障相机标定流程图。

具体实施方式

本发明基于点阵结构光的障碍位置确定方法依靠避障相机与激光点阵仪共同完成，其核心思想是通过避障相机坐标系下激光光束的直线方程与激光点在避障相机上的成像像点共同恢复激光点的三维坐标，进而判断前方遮挡物体的大小以及遮挡物体在避障相机坐标系下的位置，以此信息来引导月球车成功的实现自动避障功能，其原理如图1所示。

本发明方法主要涉及避障相机、激光点阵仪和经纬仪工业测量系统，其中避障相机是基于f-θ成像模型的大视场鱼眼相机，激光点阵仪能够发射出18条激光束到障碍物上，通过避障相机对激光点阵仪的激光点进行成像，获取障碍位置处投射点在避障相机坐标系下的三维信息，从而确定障碍位置。经纬仪工业测量系统用来对避障相机和激光点阵仪的基准镜进行准直测量，通过坐标系转换方法，将激光点在激光点阵仪基准镜坐标系下的位置关系转换到避障相机基准镜坐标系下。经纬仪工业测量系统包括两台由瑞士徕卡公司生产的两台TM5001电子经纬仪、一台日本索佳公司生产的NET05全站仪，一根经过标定的、长度为1007.8毫米的基准尺一根。