[发明专利]一种AGV视觉定位系统及方法

权利要求书

1.一种AGV视觉定位系统，其特征在于：包括地面上的编码点和AGV车体上的相机、光源和工控机；其中，地面每个编码点提供唯一的编码识别信息，同时也提供多个特征角点全局坐标信息，该全局坐标信息通过近景摄影测量技术获得，并用于建立行驶场地电子地图，从而为AGV视觉定位提供依据；编码点特征角点全局坐标的测量采用近景摄影测量技术对地面所有编码点顺序拍照，且相邻测站的视场有数个公共编码点，然后基于光束法平差BA优化算法实现所有特征角点坐标的全局优化，对m个测站，N个特征角点的BA目标函数如下：

其中：表示第i个测站图像中提取的第j个特征角点图像二维坐标；R_i,T_i表示第i个测站与第1个测站相机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量；X_j表示第j个特征角点的三维坐标；π表示相机内参决定的中心投影函数；另外，θ_ij的取值如下：

在测量准备阶段，首先需要完成编码点的布置和近景摄影测量，从而建立行驶场地的电子地图，然后借助外部测量设备确定AGV坐标系，并基于3D立体靶标实现相机内参和外参的标定；在实时测量阶段，控制相机连续采集图像，并提取图像中编码点的编码信息和特征角点图像坐标信息，然后基于单目视觉定位技术完成相机坐标系与全局坐标系转换关系的求解，最后结合标定得到的相机坐标系与AGV坐标系的转换关系，求解得到AGV坐标系到全局坐标系的旋转矩阵和平移矢量，实现AGV的视觉定位；

光源为图像采集过程补光，可有效缩短相机曝光时间，减小拖影现象；工控机负责完成图像采集控制、编码点信息提取和位姿解算任务；

所述的编码点为具有7×7位编码信息的AprilTag编码点，编码容量达10万以上，每个编码点对应有唯一的ID号码，同时，编码点最外层黑色识别框提供4个特征角点；利用编码点图像面积和长宽比先验信息对图像中的编码点的区域进行ROI裁剪，然后仅对该ROI裁剪的区域进行编码点信息提取，保证AGV视觉定位的实时性；

结合Brown畸变模型和透视n点定位算法实现AGV位姿解算。

2.一种AGV视觉定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、采用不干胶贴纸打印、粘贴编码点，或瓷砖丝网印刷编码点方式在行驶场地地面上布置编码点，并基于近景摄影测量技术实现所有特征角点全局坐标的测量，建立行驶场地电子地图；

b、安装相机，并借助外部测量设备确定AGV坐标系，然后在相机视场内摆放3D立体靶标，实现相机内参和外参的标定，其中相机的外参为AGV坐标系到相机坐标系的旋转矩阵R_A-C和平移矢量T_A-C；

c、AGV行驶过程中，控制相机连续采集图像，并提取图像中编码点的编码信息和特征角点的图像坐标信息；

d、基于步骤c得到的编码点编码信息，在步骤a建立的行驶场地电子地图中查找对应特征角点的全局坐标信息，同时结合特征角点图像坐标信息，即可基于单目视觉定位技术实现相机坐标系到全局坐标系旋转矩阵R_C-G和平移矢量T_C-G的求解；

e、结合步骤b标定得到的(R_A-C,T_A-C)和步骤d得到的(R_C-G,T_C-G)，最终求解得到AGV坐标系到全局坐标系的旋转矩阵R_A-G和平移矢量T_A-G，即实现AGV的视觉定位，其中：

(R_A-G,T_A-G)＝(R_C-GR_A-C,R_C-GT_A-C+T_C-G)；

所述步骤a编码点特征角点全局坐标的测量采用近景摄影测量技术对地面所有编码点顺序拍照，且相邻测站的视场有数个公共编码点，然后基于光束法平差BA优化算法实现所有特征角点坐标的全局优化，对m个测站，N个特征角点的BA目标函数如下：

其中：表示第i个测站图像中提取的第j个特征角点图像二维坐标；R_i,T_i表示第i个测站与第1个测站相机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量；X_j表示第j个特征角点的三维坐标；π表示相机内参决定的中心投影函数；另外，θ_ij的取值如下：

所采用的编码点为具有7×7位编码信息的AprilTag编码点，编码容量达10万以上，每个编码点对应有唯一的ID号码，同时，编码点最外层黑色识别框提供4个特征角点；

对于采集到的照片首先进行轮廓检测，然后根据面积、长宽比先验知识对轮廓进行筛选，对于符合要求的轮廓进行感兴趣区域ROI裁剪，再对ROI裁剪的区域进行AprilTag编码信息和特征角点图像坐标信息提取，缩短编码点检测和信息提取的时间，提高AGV视觉定位的实时性；

提取特征角点图像坐标后，再将所述图像坐标带入Brown畸变模型，以消除镜头畸变造成的坐标偏移，提高AGV视觉定位的精度。