[发明专利]基于计算机视觉的手持移动打印装置定位方法

权利要求书

1.一种基于计算机视觉的手持移动打印装置定位方法，其特征在于，分别建立三个坐标系，用装置上的相机拍摄标记图案，计算相机位姿，利用坐标系变换矩阵和位姿变换矩阵计算打印装置位姿，该方法的步骤包括如下：

(1)构建定位场景：

将标记图案放置在手持移动打印装置上的相机前，使标记图案在相机的视场角范围内；

(2)建立世界坐标系：

将标记图案上任意一点作为原点，将标记图案所在平面的法向量作为Z轴，建立一个右手三维直角坐标系作为世界坐标系；

(3)确定打印平面：

(3a)若打印区域是矩形，则用该打印装置的相机在该矩形打印区域的三个边角点处分别拍摄标记图案；

(3b)若打印区域是非矩形，则用该打印装置的相机在该非矩形打印区域内任意不共线的三点处分别拍摄标记图案；

(4)建立打印坐标系：

(4a)若打印区域是矩形，则将步骤(3a)中所选取的三个边角点中与其他两点都相邻的边角点作为原点O₁，其它两点分别记为A₁和B₁，A₁和B₁的位置满足B₁在有向线段前进方向的左侧，将和分别作为X轴和Y轴，将打印平面的法向量作为Z轴，建立一个右手三维直角坐标系作为打印坐标系；

(4b)若打印区域是非矩形，则将步骤(3b)中所选取的不共线的三点中的任意一点作为原点O₂，其它两点分别记为A₂和B₂，A₂和B₂的位置满足B₂在有向线段前进方向的左侧，将打印平面的法向量作为Z轴，将作为X轴，将X轴与Z轴叉乘的结果作为Y轴，建立一个右手三维直角坐标系作为打印坐标系；

(5)计算坐标系变换矩阵；

(5a)计算每次拍摄时打印装置的相机光心在世界坐标系中的位置；

(5b)计算相机光心在世界坐标系中的位置每两点之间的欧式距离，根据欧氏距离和相机光心到打印平面的高度H计算每次拍摄时打印装置的相机光心在打印坐标系中的位置，若打印区域是矩形，记相机在O₁、A₁、B₁处拍摄时相机光心在世界坐标系中3×1维度的非齐次坐标分别为W₁₁、W₁₂、W₁₃，则相机光心相对应地在打印坐标系中的非齐次坐标分别为若打印区域是非矩形，记相机在O₂、A₂、B₂处拍摄时相机光心在世界坐标系中3×1维度的非齐次坐标分别为W₂₁、W₂₂、W₂₃，则相机光心相对应地在打印坐标系中的非齐次坐标分别为其中，·表示求欧式距离操作，θ表示与之间的夹角；

(5c)根据每次拍摄时相机光心在两个坐标系下的位置计算世界坐标系到打印坐标系的坐标系变换矩阵；

(6)计算位姿变换矩阵：

(6a)将打印装置喷头的端点作为原点，将喷头出墨方向作为X轴，将喷头排列方向作为Y轴，建立一个右手三维直角坐标系作为打印装置坐标系；

(6b)根据相机坐标系与打印装置坐标系之间的欧拉角和偏移量，构造打印装置上相机的位姿到打印装置位姿的位姿变换矩阵；

(7)实时计算打印装置位姿：

(7a)采用与步骤(5a)相同的方法，计算打印装置上的相机在世界坐标系中的位姿；

(7b)根据步骤(5c)中得到的坐标系变换矩阵，计算打印装置上的相机在打印坐标系中的位姿；

(7c)采用与步骤(7b)相同的方法，根据步骤(6b)中得到的位姿变换矩阵计算打印装置在打印坐标系中的位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的手持移动打印装置定位方法，其特征在于：步骤(1)中所述的标记图案是指棋盘格、二维码、同心圆环和灰度图案中的任意一种。