[发明专利]一种基于激光与单目视觉融合的像素级目标定位方法

权利要求书

1.一种基于激光与单目视觉融合的像素级目标定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，安装相机使得相机光轴平行于地面，安装激光测距模块使得激光测距模块光心与相机光心的连线垂直于地面且使激光测距模块与单目相机之间的垂直间距尽可能小，对单目相机和激光测距模块进行标定联合标定，得到标定参数包括相机内参矩阵K和相机外参矩阵M；

S2，在相机像素坐标系中给出待定位物体的像素坐标，即为激光测距模块测距光点在相机像素坐标系中的目标位置；

S3，利用所述相机内参矩阵K、外参矩阵M和待定位物体像素坐标，通过PID反馈控制驱动执行机构带动激光测距模块转动，进行物体定位，反馈控制的反馈量由激光测距模块引入，根据激光测距模块当前时刻测距点的距离信息和激光测距模块在航向轴、俯仰轴实际转动角度，计算转换得到当前时刻测距点在激光测距模块坐标系即系统世界坐标系下的三维坐标，利用相机外参矩阵M和内参矩阵K得到当前激光测距模块测距点在相机像素坐标系下的像素坐标，将所述坐标作为反馈量引入PID反馈控制中来实现激光测距模块的闭环控制，驱动激光测距模块将测距光点准确打到目标位置；

S4，根据S3中激光测距模块测得的目标点距离和激光测距模块在航向轴、俯仰轴实际转动角度，计算转换得到目标点在激光测距模块坐标系即系统世界坐标系下的三维坐标，实现物体的精确定位；

所述S3步骤具体包括：

S31，将所述的目标点像素坐标作为控制信号输入到PID反馈控制中，驱动执行机构带动激光测距模块开始定位过程；

S32，在定位过程中连续采集激光测距模块测量点的距离d和激光测距模块的俯仰角α和航向角β，计算转换得到当前测距点在激光测距模块坐标系即系统世界坐标系下的三维坐标，的计算公式为；得到当前测距点在激光测距模块坐标系即系统世界坐标系下的三维坐标，利用相机外参矩阵M和内参矩阵K，计算转换得到激光测距模块当前测距点在相机像素坐标系的二维坐标，并将该坐标作为反馈量引入PID反馈控制中，实现测距点的闭环控制，驱动激光测距模块将测距光点准确打到目标位置，系统世界坐标系下测距点的三维坐标与相机像素坐标系下二维坐标的转换关系为：。

2.如权利要求1所述的一种基于激光与单目视觉融合的像素级目标定位方法，其特征在于，所述S1步骤具体包括：

S11，相机标定板选取为12×9的国际象棋盘图案标定板，结合单目相机视角场范围采集50张不同位姿和距离的标定图像以覆盖相机的全部视场；

S12，利用采集到的标定图像通过张正友标定法完成单目相机的标定，得到相机的内参矩阵K；

S13，选取激光测距模块坐标系作为本系统的世界坐标系，根据单目相机和激光测距模块之间的相对位置及联合标定工具获取相机的外参矩阵M。

3.如权利要求1所述的一种基于激光与单目视觉融合的像素级目标定位方法，其特征在于，所述S2步骤具体包括：

S21，单目相机获取视野中的环境原始图像；

S22，对获取到的环境原始图像进行预处理，包括图像的裁切，实现单目相机数码变焦；

S23，根据获取到的环境图像利用物体识别神经网络或其他待定位目标给定程序有效确定待定位目标像素坐标，即为激光测距模块测距光点在相机像素坐标系中的目标位置。

4.如权利要求3所述的一种基于激光与单目视觉融合的像素级目标定位方法，其特征在于，所述S22步骤具体包括：

S221，编写图像预处理程序读入单目相机获取到的环境原始图像数据；

S222，在图像预处理程序中按照一定的裁切系数以环境原始图像中心为中心点对图像进行裁切；

S223，将裁切完成的图像发布出去，动态改变目标物体在相机视野中的尺度。

5.如权利要求1所述的一种基于激光与单目视觉融合的像素级目标定位方法，其特征在于，所述S4步骤具体包括：

S41，经所述激光测距模块测距点打到目标位置后，采集此时激光测距模块测距点距离d^，、俯仰角α^，和航向角β^，；

S42，利用采集得到的激光测距模块测距点距离d^，俯仰角α^，和航向角β^，，通过式计算得出待定位目标点在系统坐标系下的实际三维坐标。