[发明专利]一种精准光流定位系统及定位算法

说明书

本发明公开了一种精准光流定位系统及定位算法，精准光流定位系统包括光流硬件(1)和光流算法(2)。光流硬件(1)包括PMW3901镜头芯片、PMS150C单片机以及降压模块。光流算法(2)包括灰度处理、腐蚀算法、图片对比最大化、特征检测、相似检测以及特征点计算、相似度计算。整个光流算法(2)中PMS150C采集图像数据进行RGB转换，去掉UV二值后得到灰度图像，然后在灰度图像进行腐蚀算法处理之后，把多幅图像进行对比度最大化，并且将每幅图像分别进行特征检测和相似检测。特征检测每隔4×4像素矩阵对比多幅图像和计算特征点，然后将特征点坐标提取出来进行累加。相似检测将每行像素矩阵中每8个像素的灰度值进行匹配处理，当相似度达到95%以上就将累加坐标处理得到相对位移。

技术领域

本发明涉及光流定位系统，具体涉及光学流动原理的各种设备。

背景技术

近几年，随着微型传感器技术、自动化技术、通信技术的发展，针对各类移动机器人的定位方法的热点。精准定位是目前需要解决的一大难题。目前，定位系统有很多种方式，其中包括GPS、北斗以及RTK等等，但是上述定位均存在同一种的劣势，即当前位置处于室内或信号较差环境下无法做到精准定位。针对此项缺陷，本发明提供的一种新型光流定位系统，可在室内室外环境使用，并且精度达到厘米级，依据光学原理和图像识别原理，可应用于各类可移动机器人的精准定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种精准光流定位系统及定位算法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：精准光流定位系统包括光流硬件和光流算法。光流硬件包括PMW3901镜头芯片、PMS150C单片机以及降压模块。光流算法包括灰度处理、腐蚀算法、图片对比最大化、特征检测、相似检测以及特征点计算、相似度计算，其中特征检测采用4×4像素累差处理，相似检测采用8像素匹配算法。光流硬件通过降压模块给PMS150C和PMW3901透镜芯片供电，PMS150C通过SPI读取PMW3901图像数据经过处理后通过串口输出。整个光流算法在PMS150C中完成，采集图像数据进行RGB转换，去掉UV二值后得到灰度图像，然后在灰度图像进行腐蚀算法处理之后，把多幅图像进行对比度最大化，并且将每幅图像分别进行特征检测和相似检测。其中，特征检测每隔4×4像素矩阵进行特征提取，从而实现对多幅图像的对比和特征点计算，然后将特征点个数和坐标提取出来进行累加。相似检测采用8像素匹配算法，每行像素矩阵中每8个像素的灰度值进行匹配处理，当总相似度达到95%及以上就将累加坐标和个数进行相除得到相对位移，然后对特征像素点的相对位移量求导，得到相对速度值。

具体的光流算法如下：

1)采集的图像先进行灰度处理，为了防止曝光带来的误差影响，选择去掉UV值，定义图像长宽分别为Len、Wid，图像像素行列坐标分别为x，y

将处理后的图像P分割出RGB图，RGB图进行灰度处理，

其中，P(R)、P(G)、P(B)分别是图像P的RGB值。

2)将灰度处理后的图像进行腐蚀处理，设置一个大下的结构元素矩阵B，扫描图像的每个元素，将结构元素矩阵与二值图像进行“与”操作，用集合表示为，

其中B包括于X中，X是图像的图像元素集合。

3) 完成腐蚀处理之后，将图像进行对比度最大化处理，

其中max为最大化区间的最大值，最小值为最大化区间的最小值。将得到的最大值和最小值进行判断处理，当max和min的差在5个单位以内，判定对比度达到最大，图像进行对比度最大化处理，