[发明专利]视觉定位方法和视觉定位装置

说明书

本发明涉及视觉定位方法和视觉定位装置。该视觉定位方法包括：在识别对象上设置多个标识点；根据该多个标识点之间的位置关系，对该多个标识点进行拓扑区分；根据该多个标识点之间的拓扑关系，建立标识点三维坐标的线性方程组，并求解该多个标识点的三维坐标；根据标识点的三维坐标，建立标识点坐标系；和，求解该标识点坐标系的旋转矩阵，以得到该识别对象的姿态信息。通过根据本发明的视觉定位方法和视觉定位装置，可以实现不具有显著的自然特征的识别对象的姿态的实时和高精度定位。

技术领域

本发明总的来说涉及图像处理领域，具体来说涉及用于基于识别对象的几何约束进行视觉定位的视觉定位方法和视觉定位装置。

背景技术

在自动化设备领域中，越来越依靠使用机器视觉的视觉定位技术。根据目标的不同视觉定位技术按照目标种类进行区分，可以分为基于合作目标的定位技术和基于非合作目标的定位技术。

合作目标可以分为自然特征和人工标识物特征。自然特征主要包括目标自身的夹角、直线、圆、矩形、三角形等规则的几何特征。人工标识物又可分为点特征标识物、线特征标识物以及高级几何特征标识物。

基于标识点的视觉定位技术又可以称为PnP问题，即通过点特征数据获取目标的姿态信息。点特征数据一般由一系列点对组成，点对包括物方空间标识点和其对应的投影点。对PnP问题的各种解决方案，例如EPnP算法、DLS算法、RPnP算法、ASPnP算法和LHM算法等等均可以快速、高精度解决PnP问题。但是，上述算法仅适用于几十个甚至上百个点对的情景，且其测量精度随着点对数量的减少而迅速下降。

因此，需要改进的视觉定位方法和视觉定位装置。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷和不足，提供能够基于识别对象的几何约束进行识别对象的姿态的实时和高精度定位的新颖的和改进的视觉定位方法和视觉定位装置。

根据本发明的一方面，提供了一种视觉定位方法，包括：在识别对象上设置多个标识点；根据所述多个标识点之间的位置关系，对所述多个标识点进行拓扑区分；根据所述多个标识点之间的拓扑关系，建立标识点三维坐标的线性方程组，并求解所述多个标识点的三维坐标；根据标识点的三维坐标，建立标识点坐标系；和，求解所述标识点坐标系的旋转矩阵，以得到所述识别对象的姿态信息；

所述多个标识点是设置在所述识别对象上的五个标识点；

所述建立标识点三维坐标的线性方程组，并求解所述多个标识点的三维坐标的步骤具体包括：

令标识点在世界坐标系下的坐标为P_wi(x_wi,y_wi,z_wi)，在相机坐标系下的坐标为P_ci(x_ci,y_ci,z_ci)，且在成像面上的像素坐标为I_ui(x_ui,y_ui,1)，则P_ci(x_ci,y_ci,z_ci)与I_ui(x_ui,y_ui,1)的关系表示为以下公式(2)：

其中，(d_x,d_y)为像元尺寸，s_x为不垂直因子，f为焦距，(u₀,v₀)为图像中心；