[发明专利]一种基于单摄像机室内机器人障碍物定位的方法

说明书

本发明提供了一种基于单摄像机室内机器人障碍物定位的方法。首先使用张正友标定法，对摄像机进行标定，得到内参数。将摄像机安装在机器人固定高度，向下倾斜固定的角度。在正前方放置棋盘格作为标定板，计算出摄像机坐标系和机器人坐标系的位置变换矩阵，进而得到摄像机的倾斜角度和光心距离地面的高度。摄像机采集路面图像，找到障碍物的图像坐标，然后计算障碍物在摄像机坐标系中的的三维坐标，转换到机器人坐标系下，就可以知道障碍物相对于机器人的位置了。本发明仅使用单个摄像机，安装简单，成本低廉；不需要特征点匹配，计算量小，不会出现误匹配；算法简单，实时性好；不要求路面有很强的纹理特征，适应性广。

技术领域

本发明涉及计算机视觉领域一种基于单摄像机室内机器人障碍物定位的方法，用来检测前方路面有无障碍物及其具体坐标。

背景技术

室内机器人在室内工作时，需要检测前方路面有无障碍物及其具体坐标，来及时调整姿态或者规划路径。现有的机器人障碍物检测技术，有的用朝前发射超声波检测障碍物，但是这只能检测到正前方特定高度上某条线上的障碍物，对于其他位置的障碍物检测不到；有的使用双目立体视觉，但是一般路面纹理具有很大的一致性，或者光滑路面没有很强的纹理特征，双目特征匹配非常困难，而且双目立体视觉的计算量很大；有的使用结构光方案，解决了双目中匹配算法的复杂度和鲁棒性问题，但是在强光下，结构光核心技术激光散斑会被淹没；有的使用激光雷达，但是激光雷达价格昂贵，而且得到的只是稀疏点云。

发明内容

本发明目的是提供了一种基于单摄像机室内机器人障碍物定位的方法，本发明仅使用单个摄像机，安装简单，成本低廉；不需要特征点匹配，计算量小，不会出现误匹配；；算法简单，实时性好；不要求路面有很强的纹理特征，适应性广。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

步骤1，对摄像机进行标定，得到内参数其中/和/分别表示摄像机在x和y方向上以像素为单位的焦距长度，(u₀,v₀)表示光心在图像上的像素坐标；

步骤2，标定得出摄像机相对于机器人坐标系的位置关系。将摄像机安装在机器人固定高度，向下倾斜固定的角度，在正前方放置棋盘格作为标定板，计算出摄像机坐标系和机器人坐标系的位置变换矩阵T_{cam_to_rob}，进而得到摄像机的倾斜角度α和光心距离地面的高度H；T_{cam_to_w}是从摄像机坐标系到棋盘格坐标系的变换矩阵，由相机拍摄棋盘格的图像，运行标定程序，计算外参数得到；

T_{w_to_rob}是从棋盘格坐标系到机器人坐标系的变换矩阵，由测量棋盘格相对机器人的位置得到；

T_{cam_to_rob}是从摄像机坐标系到机器人坐标系的变换矩阵，T_{cam_to_rob}＝T_{cam_to_w}T_{w_to_rob}；

从摄像机坐标系到机器人坐标系，是先绕X轴逆向旋转90°-α，对应的旋转矩阵是即/

对应的平移向量是t＝[0,-H,-L]，因此

由T_{cam_to_rob}＝T_{cam_to_w}T_{w_to_rob}得到T_{cam_to_rob}的各个元素后，根据得到H和α的值；

步骤3，摄像机采集路面图像，找到障碍物的图像坐标。

通过图像处理、深度学习或者人工标注的方法，在图像中找到障碍物区域，其中纵坐标最大的点，就是障碍物的边缘和地面的交点，记录其图像像素坐标(u,v)。

步骤4，计算障碍物在摄像机坐标系中的的三维坐标。