一種基于雙攝像機的智能體視覺三維定位裝置與方法
【專利摘要】本發明提供一種基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位方法及其裝置，其方法包括：步驟1，在智能體上設置雙攝像機，使第一攝像機的主軸與第二攝像機的主軸互相垂直；步驟2，兩個攝像機對同一對象分別進行單目視覺的三維定位，分別獲得第一定位結果、第二定位結果；步驟3，對所述第一定位結果、第二定位結果進行融合處理，獲得最優三維定位結果，融合處理為：用第二攝像機的X分量代替第一攝像機的Z分量；用第一攝像機的X負分量代替第二攝像機的Z分量。本發明通過巧妙的融合兩個攝像機的單目視覺定位數據，進而融合兩者三維定位深度方向的誤差，從與深度平方成正比例降低為與深度成正比例，保證了視覺系統的正常定位。
【專利說明】一種基于雙攝像機的智能體視覺三維定位裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于計算機視覺三維領域，尤其涉及一種基于雙攝像機的智能體視覺三維定位裝置與方法。
【背景技術】
[0002]機器人、無人車輛等智能體在環境中作業時，需要知道自身的位姿。視覺系統是面掃描傳感器，信息量大，常用于機器人的環境感知與定位。機器人視覺定位通常有兩種方式，一種是單攝像機的定位方法，一種是雙攝像機的立體定位方法。然而，這兩種方式針對智能體視覺定位深度方向均存在誤差較大的問題，無法保證視覺系統的正常使用。
[0003]因為，這兩種方法有一個共同的特點，即在三維定位時，與X，Y方向定位誤差只是X, Y方向偏差的正比，深度方向的誤差與深度的平方成正比。因此，視覺系統在深度方向的誤差會比X，Y方向的誤差大，當距離較遠時誤差無法容忍，造成無法獲知自身位姿的后果。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題，本發明提供一種基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位裝置與方法，該方法有效地降低視覺系統的深度定位誤差，使三維定位深度方向的誤差從與深度平方成正比例降低為與深度成正比例，保證了視覺系統的正常定位。
[0005]本發明的基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位方法，其包括:
[0006]步驟1，在智能體上設置雙攝像機，使第一攝像機的主軸與第二攝像機的主軸互相垂直，則滿足條件:第一攝像機坐標系的Z方向與第二攝像機的坐標系下的X方向相同，所述第一攝像機坐標系的X方向與第二攝像機坐標系的Z方向相差180度；
[0007]步驟2，兩個攝像機對同一對象分別進行單目視覺的三維定位，分別獲得第一定位結果、弟二定位結果；
[0008]步驟3，對所述第一定位結果、第二定位結果進行融合處理，獲得最優三維定位結果，融合處理為:
[0009]用第二攝像機的X分量代替第一攝像機的Z分量；
[0010]用第一攝像機的X負分量代替第二攝像機的Z分量。
[0011]進一步的，若P為智能體上任意一點，其在第一攝像機的坐標系下的坐標為AP，在第二攝像機的坐標系下的坐標為Bp，在世界坐標系下的坐標為Wp，A、B分別表示第一、第二攝像機的坐標系，則滿足:
【權利要求】
1.一種基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位方法，其特征在于，包括: 步驟1，在智能體上設置雙攝像機，使第一攝像機的主軸與第二攝像機的主軸互相垂直，則滿足條件:第一攝像機坐標系的Z方向與第二攝像機的坐標系下的X方向相同，所述第一攝像機坐標系的X方向與第二攝像機坐標系的Z方向相差180度； 步驟2，兩個攝像機對同一對象分別進行單目視覺的三維定位，分別獲得第一定位結果、弟 定位結果； 步驟3，對所述第一定位結果、第二定位結果進行融合處理，獲得最優三維定位結果，融合處理為:
2.如權利要求1所述的基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位方法，其特征在于: 若P為智能體上任意一點，其在第一攝像機的坐標系下的坐標為AP，在第二攝像機的坐標系下的坐標為BP，在世界坐標系下的坐標為WP，A、B分別表示第一、第二攝像機的坐標系，則滿足:
3.如權利要求1所述的基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位方法，其特征在于， 若P為智能體上任意一點，其在第一攝像機的坐標系下的坐標為AP，在第二攝像機的坐標系下的坐標為BP，在世界坐標系下的坐標為WP，A、B分別表示第一、第二攝像機的坐標系，則滿足:
4.一種基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位裝置，其特征在于，包括: 機械本體、兩個相同型號的攝像機、人工路標、處理裝置； 所述機械本體固定在智能體上，該機械本體為長方體，且該長方體的底面和頂面是正方形，四個側面以相互平行的平面為一組，分為兩組，每組開有圓柱孔，且兩組的圓柱孔相互垂直，上下相切； 每個圓柱孔的正前方開槽，放置濾光片，所述圓柱孔的后方放置一個攝像機；該攝像機的鏡頭探入所述圓柱孔內； 所述人工路標是在一個平面上均勻布置有源紅外LED燈的裝置，不同位置的人工路標通過點亮不同的有源紅外LED燈來區別，獲得不同的路標ID ;該人工路標的有源紅外LED燈中心點的世界坐標通過人工測量后保存于處理裝置的數據庫中； 所述處理裝置包括第一攝像機子單元，第二攝像機子單元，及雙攝像機三維定位融合子單元；第一攝像機子單元和第二攝像機子單元均包括:采集圖像模塊，與采集圖像模塊連接的檢測模塊，與檢測模塊連接的ID識別模塊，數據模塊，與ID識別模塊、數據模塊、檢測模塊分別連接的單目視覺三維定位模塊； 其中采集圖像模塊負責從所屬攝像機中周期性地讀出所感知的數字圖像；檢測模塊用于根據該數字圖像進行人工路標中心點檢測，得出人工路標關鍵點的圖像坐標；ID識別模塊根據檢測出的中心點陣列進行人工路標ID的識別，并根據識別出的人工路標ID從所接數據模塊中的人工路標世界坐標數據庫中查找出對應ID的人工路標關鍵點的世界坐標；單目視覺三維定位模塊，結合人工路標關鍵點的圖像坐標和世界坐標以及自身的攝像機參數，進行單目視覺的三維定位，并將定位結果輸出至雙攝像機三維定位融合子單元；雙攝像機三維定位融合子單元根據兩個攝像機子單元的單目視覺定位結果進行融合運算，融合運算具體為:用第二攝像機的X分量代替第一攝像機的Z分量；用第一攝像機的X負分量代替第二攝像機的Z分量，得到減小深度誤差的三維定位結果。
5.如權利要求4所述的基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位裝置，其特征在于，所述兩個圓柱孔上放置的濾光片為相同帶寬的帶通濾波器，該帶通濾波器以940nm為中心頻率，帶寬為10nm。
6.如權利要求4所述的基于雙攝像機的的智能體視覺三維定位裝置，其特征在于，所述兩個攝像機為普通CCD`攝像機。
【文檔編號】G06T7/00GK103824298SQ201410086367
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】黃強, 陳曉鵬, 張偉民, 黃高, 張通通, 宋勇博 申請人:北京理工大學