[发明专利]一种基于组合靶标的位姿计算方法、系统、介质及设备

权利要求书

1.一种基于组合靶标的位姿计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过固定在机械臂末端执行器上的视觉相机拍摄圆形目标、圆形靶标和棋盘格靶标的图像，其中，所述棋盘格靶标为人工设定靶标，所述圆形靶标为拍摄场景中自然特征靶标，所述组合靶标包括：所述棋盘格靶标以及所述圆形靶标；

从所述图像中分别确定所述圆形目标的第一中心点和所述圆形靶标的第二中心点在图像坐标系下的第一坐标和第二坐标；

根据所述第一坐标和获取到的所述第二中心点在世界坐标系下的第四坐标，建立所述第二坐标和第四坐标的对应关系；

根据所述对应关系，计算所述视觉相机相对于所述圆形目标的第一位姿；

根据所述第一位姿和获取到的所述棋盘格靶标的控制点在世界坐标系下的第五坐标，按照透视投影原理，分别确定所述第二中心点和控制点在图像坐标系下的第六坐标和第七坐标；

从所述图像中确定所述控制点在图像坐标系下的第三坐标；

计算所述第二坐标和第六坐标、以及第三坐标和第七坐标之间的偏移误差，并根据所述偏移误差，利用最小二乘法对所述第一位姿进行修正；

根据经过修正的第一位姿和机械臂手眼标定关系，确定所述机械臂末端执行器相对于所述圆形目标的第二位姿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从图像中确定所述圆形靶标的第二中心点在图像坐标系下的第二坐标，具体包括：

提取所述图像中的轮廓，得到由所述轮廓上的边缘点组成的多个弧段；

根据预设的弧段长度和闭合程度对所述多个弧段进行筛选，得到圆形靶标弧段；

对筛选得到的每个所述圆形靶标弧段，分别采用最小二乘法拟合椭圆，得到对应的圆形靶标椭圆方程；

将所述圆形靶标弧段上的每个边缘点代入所述对应的圆形靶标椭圆方程，计算残差；

将残差超过预设阈值的边缘点剔除，对剩余的边缘点再次进行椭圆拟合，直到所述圆形靶标弧段上的边缘点的均方差小于预设阈值；

分别计算剩余的各个边缘点到对应的拟合椭圆的距离；

剔除距离大于预设阈值的边缘点，对剩余的边缘点再次进行椭圆拟合；

计算所有边缘点到再次拟合的椭圆的距离和；

当确定所述距离和小于预设阈值时，将每个所述圆形靶标最后拟合的椭圆的中心点的坐标作为所述第二坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从图像中确定所述圆形目标的第一中心点在图像坐标系下的第一坐标，具体包括：

从筛选后剩余的弧段中提取圆形目标弧段；

对每个所述圆形目标弧段，分别采用最小二乘法拟合椭圆，得到对应的圆形目标椭圆方程；

将所述圆形目标弧段上的每个边缘点代入所述对应的圆形目标椭圆方程，计算残差；

将残差超过预设阈值的边缘点剔除，对剩余的边缘点再次进行椭圆拟合，直到所述圆形目标弧段上的边缘点的均方差小于预设阈值；

分别计算剩余的各个边缘点到对应的拟合椭圆的距离；

剔除距离大于预设阈值的边缘点，对剩余的边缘点再次进行椭圆拟合，直到所有边缘点到对应的再次拟合的椭圆的距离和小于预设阈值；

将最后拟合的椭圆方程中，参数向量间距离不大于预设阈值，并且对应的圆形目标弧段的旋转角度范围的交集不为空集的椭圆方程对应的圆形目标弧段合并为同一组；

将同一组中旋转角度范围最大的圆形目标弧段对应的最后拟合的椭圆的中心点的坐标，作为所述第一坐标。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从图像中确定棋盘格靶标的控制点在图像坐标系下的第三坐标，具体包括：

计算所述图像中每个像素点与预设角点模版的角点相似度值；

利用非极大值抑制法抑制角点相似度值小于预设阈值的像素点，得到候选角点；

建立所述候选角点的梯度方向直方图，并基于所述梯度方向直方图对所述候选角点进行筛选；

根据角点的边缘和梯度垂直的特性，确定经过筛选的候选角点的亚像素位置坐标，将与一个控制点的第七坐标的误差值最小的所述亚像素位置坐标作为该控制点的第三坐标。