[发明专利]基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法，其特征在于，所述基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法包括以下步骤：

步骤一，位姿测量前的相机标定；

步骤二，获取合作目标物的图像；

步骤三，确定缩放比例进行图像缩放；

步骤四，基于颜色提取的图像分割；

步骤五，使用快速角点定位方法确定棋盘格角点的初始位置；

步骤六，棋盘格角点亚像素定位；

步骤七，位姿计算；

所述步骤五具体包括：提取目标颜色区域外轮廓，进行四边形拟合，识别出色框角点像素坐标；比较四个色框角点定向黑白色块标记处的灰度值，确定棋盘格方向；依据色框角点与棋盘格角点的坐标关系，使用二维线性插值方法计算出棋盘格角点的初始位置；将识别的棋盘格角点初始位置依据缩放比还原至原始尺寸；

提取外轮廓，进行四边形拟合，获得拟合四边形的四个角点坐标，依据坐标关系确定此时定向黑白标记色块的坐标位姿，计算四个角点对应的标记色块的灰度值确定棋盘格的方向；

棋盘格方向确定时，依据色框角点坐标与棋盘格角点坐标的关系，使用二维线性插值方法计算出棋盘格角点对应的坐标位置；最后，依据图片缩放比例k将识别的棋盘格角点初始位置依据缩放比还原至原始尺寸。

2.如权利要求1所述的基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法，其特征在于，步骤一具体包括：在视觉测量前，使用高精度棋盘格靶标标定相机内参并记录；并记录相机内参矩阵K：

其中：fx、fy为表示焦距的参数，x₀、y₀为表示主点偏移的参数，s为表示轴倾斜的参数。

3.如权利要求1所述的基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法，其特征在于，步骤二具体包括：使用相机实时获取合作目标物的图像；合作目标物为高精度棋盘格靶标，含有矩形色框和内部的高精度棋盘格，色框角点具有不同颜色定向色块标记；矩形色框用于复杂背景下的快速定位，定向色块标记确定靶标方向，消除棋盘格对称性影响，高精度棋盘格结合亚像素处理获取角点的高精度亚像素坐标。

4.如权利要求1所述的基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法，其特征在于，步骤三具体包括：依实时性要求进行图像缩放，依据实时性要求与识别率确定缩放比例k取1/2、1/4、1/8，对图像使用快速缩小算法进行尺寸压缩；

步骤四具体包括：原始图片为RGB空间，转换至HSV空间有进行颜色识别，并提取棋盘格色框区域，将RGB图像转换至HSV空间，提取目标颜色并阈值化，将目标物与背景分离。

5.如权利要求1所述的基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法，其特征在于，步骤六具体包括：依据图片缩放比例确定亚像素搜索范围，进行角点的亚像素精确识别，获得棋盘格图像坐标系下的坐标矩阵Pu。

6.如权利要求1所述的基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法，其特征在于，步骤七具体包括：输入棋盘格目标物的物理尺寸及棋盘格行列数计算得到世界坐标矩阵Po；使用视觉测量中PnP算法，将棋盘格对应的世界坐标系下的坐标矩阵Po、图像坐标系下的坐标矩阵Pu、相机内参矩阵K作为PnP算法参数公式(1)，获取棋盘格相对于相机坐标系的位姿关系矩阵：平移矩阵(T)、旋转矩阵(R)，完成目标物的姿态确定；利用公式(2)结合世界坐标矩阵Po计算出目标物角点在相机坐标系下的坐标Pc；对Pc均值处理，获得目标物中心点的坐标，完成目标的位置确定；

[R,T]＝PnP(Po,Pu,K) (1)；

Pc＝(R×Po^T+T)^T (2)；

7.一种实现权利要求1～6任意一项所述基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法的信息数据处理终端。

8.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-6任意一项所述的基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法。

9.一种实现权利要求1～6任意一项所述基于合作目标的快速单目视觉位姿测量方法的基于合作目标的快速单目视觉位姿测量系统，其特征在于，所述基于合作目标的快速单目视觉位姿测量系统包括：

相机标定模块，用于步位姿测量前的相机标定；

合作目标物图像获取模块，用于获取合作目标物的图像；

图像缩放模块，用于确定缩放比例进行图像缩放；

图像分割模块，用于基于颜色提取的图像分割；

初始位置确定模块，用于使用快速角点定位方法确定棋盘格角点的初始位置；

亚像素定位模块，用于棋盘格角点亚像素定位；

位姿计算模块，用于位姿计算。