[发明专利]一种基于电液可调焦镜头的移动机器人追踪目标三维轨迹方法

说明书

本发明属于计算机视觉技术领域，涉及目标追踪方法技术领域，具体公开一种基于电液可调焦镜头的移动机器人追踪目标三维轨迹方法；通过对光学成像系统建模，得到电液可调焦镜头的调焦控制电流与最优成像物距间的函数关系，利用该函数关系可获得处于清晰状态下的目标相对于移动机器人相机的深度信息和目标相对上一时刻时间间隔内的平均速度，通过这些信息可以计算出目标在相机坐标系中的三维坐标以及运动轨迹。同时移动机器人实时定位移动机器人在世界坐标系中的位姿，并将所追踪目标的三维坐标从相机坐标系变换至世界坐标系，可使观察者同时获得移动机器人与所追踪目标在世界坐标系中轨迹，并自动更新移动机器人追踪速度及方向。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，涉及目标追踪方法技术领域，具体涉及一种基于电液可调焦镜头的移动机器人追踪目标三维轨迹方法。

背景技术

视觉目标追踪是人类最基本的视觉功能之一，同时也是计算机视觉领域最基础也是最重要的研究方向之一，持续受到包括神经科学和计算机科学在内的多学科研究工作者重点关注。但是目前的视觉目标追踪方法大多集中在二维图像平面上的追踪，对三维轨迹的追踪较少。但仅在二维平面上对目标进行追踪极大地限制了目标追踪技术的应用场景。

目前对视觉目标的三维轨迹追踪主要采用立体视觉的方法来实现，通过双目相机或多个相机，深度相机以及激光雷达等设备来恢复相机投影过程中丢失的深度信息，这些方法都具有结构复杂，设备成本较高的缺点，其中深度相机和激光雷达还受到其本身量程较小的限制，无法追踪较远处的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电液可调焦镜头的移动机器人追踪目标三维轨迹方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于电液可调焦镜头的移动机器人追踪目标三维轨迹方法，包括如下步骤：

步骤1，对电液可调焦镜头标定及建模，并使用目标跟踪算法框选需追踪的移动目标，获取追踪目标框；

步骤2，电液可调焦镜头对追踪目标自动对焦，记录对焦成功后的调焦控制电流I_i，追踪目标框的尺寸size_i、去畸变后的中心点坐标(x_i，y_i)以及四个角点坐标，并计算目标在相机坐标系下的空间坐标(X_ci,Y_ci,Z_ci)；相机为安装有电液可调焦镜头的相机；

步骤3，借助追踪目标框的四个角点坐标生成移动目标掩膜，并通过视觉同步定位与建图(V-SLAM)系统计算移动机器人上的相机坐标系相对于世界坐标系的变换矩阵T_i；

步骤4，将移动目标在相机坐标系下的空间坐标(X_ci，Y_ci，Z_ci)变换至世界坐标系并记录其世界坐标(X_wi，Y_wi，Z_wi)，与上一时刻目标的世界坐标(X_wi-1，Y_wi-1，Z_wi-1)计算出目标(文中的目标均为移动目标)的运动速度及方向，更新移动机器人的运动速度及方向；

步骤5，重复步骤2-4，持续追踪目标三维轨迹。

进一步的，步骤1中标定过程为：使用标定方法，在多个调焦控制电流下对电液可调焦镜头进行标定，通过曲线拟合获得调焦控制电流与相机内参f_x，f_y的函数关系：

(f_x，f_y)＝H(I) (1)

其中f_x，f_y为相机内参中随焦距值发生变化的参数，物理意义为相机在像素平面x，y方向上的等效焦距，单位为像素；