[发明专利]一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法

说明书

本发明公开了一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法，更具体的是利用固定在机器人末端的单目相机，在物体特征所在平面选取或添加圆形特征后通过单目相机进行图像清晰采集，利用图像处理分析软件对采集到的物体特征长短轴参数和长短轴之比计算。通过示教器或代码驱动机器人末端进行旋转运动，构建旋转运动角度与特征长短轴之比的模型，在进行后续操作时，通过进行图像清晰采集并计算物体特征长短轴参数和长短轴之比，可以精确快速确定相机到物体特征平面的法向垂直高度。

技术领域

本发明涉及机器人视觉领域，具体涉及一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法。

背景技术

在机器人系统中，视觉系统被认为是其中最重要的感知部分。机器人视觉技术是利用视觉传感器获取机器人所在环境的图像信息，将所获得的图像信息进行处理分析，使机器人能够辨认和识别图像中的特征信息，从而使机器人完成后续的运动控制工作。随着人工智能技术，机器人技术和机器视觉技术的进一步发展，机器人视觉技术在医疗、机械、军事和大数据等众多领域得到广泛应用。

基于机器人视觉系统的目的是使得机器人具有类似于人眼的视觉感知能力。基于机器人视觉系统重要的应用主要有物体特征的视觉引导和物体空间定位等，而视觉引导和物体空间定位都需要获得物体特征的三维位姿，对于三维位姿信息的获取最重要的是获取物体特征的深度信息。目前，对物体深度信息的获取一般通过双目视觉系统或单目视觉系统加深度相机的模式。双目视觉系统要求较高的安装精度，两个摄像头的间距设置，计算复杂程度高以及需要进行相机标定，图像校正，立体匹配等一系列操作。单目相机加深度相机视觉系统在工作时容易发生遮挡，对环境光照非常敏感并且对于一些单调缺乏纹理的场景也难以获取精确深度信息。

发明内容

本发明的目的在于，针对解决现有技术中存在上述问题的缺点，提出一种基于机器人末端单目视觉的物体法向高度计算方法，精确高效地计算获取物体特征的深度信息，从而提高机器人系统的视觉引导，检测和识别等性能。

本发明提供一种基于机器人单目视觉系统物体高度计算方法，具体包括以下步骤：

步骤一：固定单目相机于机器人末端，使固定于机器人末端的单目相机光轴平行于机器人中心视轴；

步骤二：对单目相机的内部参数进行定义，具体定义的参数有单目相机焦距f、x方向像元尺寸S_x、y方向的像元尺寸S_y；

步骤三：选取物体特征所在的平面，在所选取的平面内选取圆形特征，若所选取的平面没有圆形特征则需要在测量前先添加圆形特征；

步骤四：通过示教器或代码驱动机器人进行运动，在运动过程中能够通过单目相机进行图像清晰采集；

步骤五：通过图像处理分析软件对所采集的图像进行处理分析，处理分析的主要目的是对所选择平面内的圆形特征进行边缘拟合计算；

步骤六：通过示教器或代码驱动机器人末端进行旋转运动，每旋转运动一个角度后进行一次照片采集，计算出每一张图片中的圆形特征的相关参数，即计算在图像处理分析软件中以椭圆特征的形式表现的长轴参数和短轴参数，并计算长轴和短轴之比；

步骤七：构建单目相机运动角度与椭圆特征长短轴之比的模型；

步骤八：在进行手眼标定，视觉引导和物体空间定位等工作时，通过对物体特征平面的圆形特征进行处理分析，即通过圆形特征在图像处理分析软件中以椭圆特征形式表示的长轴，计算出相机到平面的直线距离，再结和步骤七得到的模型，算出单目相机与平面法向之间的摆角，从而得到单目相机到平面法向垂直距离。

本发明的特点在于利用机器人的精确摆动控制，揭示了单目相机旋转角度与物体特征之间的关系，获得了单目相机旋转运动角度与平面上特征之间的关系，从而能够快速计算获得单目相机到平面法向垂直距离，为手眼标定，视觉引导和物体空间定位等工作提供了基础。

附图说明