[发明专利]自由空间定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种定位方法，特别涉及一种自由空间定位方法及系统。

背景技术

现今利用摄影机取得物体在三维空间中位置的应用相当普及，包括利用结构光投射在物体上的形状与大小来判断出物体的位置、利用时差测距(Time of flight,ToF)原理的深度摄影机计算物体与摄影机的距离，以及利用双镜头取得两张影像经过视差计算处理后得到物体的深度，最终可得到物体的三维空间坐标，而这些方法皆无法检测出物体的姿态角(举例而言包括偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)和滚动角(roll)三个分量)。因此，如何检测物体的姿态角，就成为一值得研究的主题。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种可检测物体姿态角的自由空间定位方法及系统。

于是，本发明自由空间定位方法，适用于估算一物体在空间的姿态角，由一自由空间定位系统执行，该系统包含一灯源模块、一设于该物体上的取像模块，及一与该取像模块信息连接的计算模块，该计算模块包括相连接的一处理单元与一存储单元，该灯源模块包括界定出一平面的一灯源O、一灯源X，及一灯源Y，以及位于该平面的一侧的一灯源Z，该存储单元存储有多笔灯源方位信息及每一笔灯源方位信息所对应的一预存姿态角，该方法包含以下步骤：

(A)该取像模块对该灯源模块取像，产生一待判影像，并传送至该计算模块的该处理单元。

(B)该处理单元分析该待判影像中该灯源O、该灯源X、该灯源Y及该灯源Z的坐标，得到一相关于各该灯源在该待判影像中的坐标的待判信息。

(C)该处理单元将该待判信息与该存储单元中的各笔灯源方位信息进行比对，筛选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息。

(D)该处理单元根据筛选出的灯源方位信息所对应的预存姿态角估算该物体的一估算姿态角。

较佳地，其中，步骤(C)中对每一笔灯源方位信息计算得到一个相关于该待判信息与该一笔灯源方位信息间的差异的综合差异值，并筛选出该综合差异值小于等于一阈值所对应的灯源方位信息。

较佳地，其中，该灯源方位信息是相关于各灯源在一预提取影像上的位置，当该物体处于该预存姿态角且设于该物体上的该取像模块对该灯源模块取像而产生该预提取影像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。

较佳地，其中，该物体处于一预存坐标及该预存姿态角且设于该物体上的该取像模块对该灯源模块取像而产生该预提取影像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。

较佳地，其中，定义该灯源O与该灯源X的连线线段为第一边L₁、该灯源O与该灯源Y的连线线段为第二边L₂，该灯源O与该灯源Z的连线线段为第三边L₃，步骤(B)计算得到的该待判信息包括该待判影像中该第一边的长度第二边的长度第三边的长度第一边与第二边的第一夹角第二边与第三边的第二夹角及第一边与第三边的第三夹角该灯源方位信息包括该预提取影像中该第一边的长度该第二边的长度该第三边的长度该第一边与该第二边的夹角该第二边与该第三边的夹角及该第一边与该第三边的夹角步骤(C)计算该综合差异值

较佳地，其中，各该灯源方位信息还包括该灯源O在该预提取影像的坐标定义该待判影像中该灯源O的坐标为步骤(C)该处理单元还计算距离其中距离dO为该灯源O在该待判影像中的位置与在该预提取影像中的位置的距离，并筛选出该距离dO小于等于一预设距离所对应的灯源方位信息。

较佳地，其中，该灯源方位信息包括在该预提取影像中该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标及该灯源Z的坐标该待判信息包括在该待判影像中该灯源O的坐标该灯源X的坐标该灯源Y的坐标该灯源Z的坐标该综合差异值f为

其中，

较佳地，其中，步骤(D)将筛选出的灯源方位信息对应的预存姿态角进行平均，得到估算的该物体的一估算姿态角AE。

较佳地，其中，其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存姿态角A^k为

较佳地，其中，该灯源模块的各该灯源发出的光线的波长彼此相异，步骤(B)中该处理单元是根据该待判影像的像素值识别各该灯源。

较佳地，还适用于估算该物体在空间的坐标，其中，每笔灯源方位信息还对应一预存坐标，步骤(D)还将筛选出的灯源方位信息所对应的预存坐标进行平均，得到估算的该物体的一估算坐标C^E。

较佳地，其中，其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔灯源方位信息对应的预存物体坐标Ck为