[发明专利]一种用于机器人跟踪的视觉识别系统及方法

权利要求书

1.一种用于机器人跟踪的视觉识别系统，其特征在于，包括光源移动机器人和图像采集移动机器人，其中，所述的光源移动机器人设置有红外发光管电路板，所述的图像采集移动机器人设置有摄像头，所述摄像头前端设置有红外透光片，所述图像采集移动机器人还设置有用于提取光源形状和跟随光源移动机器人的控制单元；

所述的控制单元，还包括参数标定模块，用于标定摄像头内外参数及红外二极管电路板与摄像头之间的参数；

标定红外二极管电路板与摄像头之间的参数，具体为：

使红外二极管电路板所在平面垂直于摄像头成像平面光轴，即通过透视中心O的直线；

标定时，第一，保证红外二极管分布的几何中心处于光轴上；第二，要保持红外管组成的若干相互垂直的线段与图像坐标系坐标轴平行或正交；将红外二极管电路板所在平面固定在距离摄像头图像平面两个已知的距离和测量图像中红外管在图像中对应的像素个数，计算距离参数σ；

具体计算规则如下：

其中，代表在摄像头图像平面下第i和第j个红外二极管之间在图像中的像素距离；n代表红外二极管的总数；

由公式(1)推算红外二极管所在平面与摄像头图像平面的距离l，如下公式(2)所示：

其中，

根据实际情况，确定摄头最大识别范围，即摄像头图像平面距离红外二极管平面的最大距离l_sup，记录在最大距离l_sup下，红外二极管在摄像头捕捉图像中的灰度值p_min；定义摄像头图像平面距离红外二极管平面的最小距离为l_inf，记录红外二极管在图像中显示的像素跨度

再计算相对变形参数γ_rel和绝对变形参数γ_abs，具体如下：

同样，使红外二极管电路板所在平面垂直于摄像头成像平面光轴即通过透视中心的直线；

两个变形参数用于计算摄像头坐标系相对于红外管电路板的旋转信息，具体计算方法如下：

其中，代表第j个红外管在当前距离下无旋转时应该所处的图像中的圆形中心；代表无旋转时中心和中心之间的距离；代表第j个红外管在图像中的所显示的白色圆形的中心；代表中心和中心的像素距离；符号(·)_h代表无旋转时水平线段旋转后在水平轴上的投影，(·)_v代表无旋转时竖直线段旋转后在竖直轴上的投影；

记γ_origin为摄像头相对于红外管平面无旋转时的相对变形参数；可见，当γ_rel＝γ_origin时，摄像头相对于红外管平面无旋转或只有偏航旋转；当时，摄像头相对于红外管平面无旋转或只有俯仰旋转；当摄像头相对于红外管平面无旋转或只有滚转旋转；

标定红外二极管平面相对于摄像头图像平面最大姿态角，包括：俯仰、滚转、偏航三个角度φ，θ，手动标定分别当|φ|＝φ_max，|θ|＝θ_max，时，变形系数的值为最大值和

2.如权利要求1所述的用于机器人跟踪的视觉识别系统，其特征在于，所述的红外发光管电路板，在该电路板上设置有由多个红外二极管构成的非线性非对称构型。

3.如权利要求1所述的用于机器人跟踪的视觉识别系统，其特征在于，所述的红外透光片，对于波长在800nm～1200nm范围内的红外光，透光率大于90％；对于波长小于760nm的可见光波，穿透率小于0.001％。

4.如权利要求1所述的用于机器人跟踪的视觉识别系统，其特征在于，所述的控制单元，包括光源形状提取模块；

所述的光源形状提取模块：用于沿图像坐标系x正方向行扫描图像，记录白色区域轮廓并获得轮廓横向像素跨度值，根据轮廓横向像素跨度值进行粗判，确定是环境光源的大面积噪声或红外二极管；沿图像坐标系y正方向扫描图像，记录白色区域轮廓，判断红外二极管拓扑位置是否有白色连通区域，若是，则继续向下行扫描图像记录白色区域轮廓，并再次进行粗判；否则为反射光源的小面积噪点；完成所有红外二极管的检测，获取红外二极管光源所在图像的位置及像素个数。