一种位置确定方法、装置及设备与流程

本申请涉及数据处理领域，特别是涉及一种位置确定方法、装置及设备。

背景技术：

随着科学技术的发展，出现了一些智能移动设备，例如智能机器人、智能扫地机等等。智能移动设备的工作原理包括：通过拍摄真实立体空间的图像，根据所拍摄的真实立体空间的图像，确定出真实立体空间中的目标对象在世界坐标系中的位置坐标，而后基于目标对象在世界坐标系中的位置坐标，控制智能移动设备向该目标物体前进。

目前，可以利用单目相机拍摄真实立体空间的图像，但是由于仅利用单目相机拍摄的图像，无法确定出目标对象在世界坐标系中的位置坐标。在传统技术中，可以结合单目相机和惯性测量单元(inertialmeasurementunit，imu)来确定出目标对象在世界坐标系中的位置坐标。

但是由于imu在投入使用之前，需要进行标定，而标定的过程会引入一定的误差，从而导致现有技术中基于单目摄像头和imu所确定的目标对象在世界坐标系中的位置坐标不准确，进一步地，会影响智能移动设备的性能。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题是传统技术中基于单目摄像头和imu所确定的目标对象在世界坐标系中的位置坐标不准确，从而影响智能移动设备的性能的问题，提供一种位置确定方法、装置及设备。

第一方面，本申请实施例提供了一种位置确定方法，所述方法包括：

获取单目相机位于第一位置时拍摄的包括目标对象的第一图像，以及获取所述单目相机在所述第一位置绕预设旋转轴旋转预设角度之后，拍摄的包括所述目标对象的第二图像；

根据所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系，确定所述目标坐标。

可选的，所述根据所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系，确定所述目标坐标，包括：

根据所述第一坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第一外参矩阵，确定体现所述第一坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第一方程；其中，所述单目相机的第一外参矩阵，根据所述第一位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定；

根据所述第二坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第二外参矩阵，确定体现所述第二坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第二方程；其中，所述单目相机的第二外参矩阵，根据第二位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定；所述第二位置，为所述单目相机在所述第一位置绕所述预设旋转轴旋转预设角度之后所处的位置；

根据所述第一方程和所述第二方程，确定所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标。

可选的，所述第一位置为所述单目相机的相机坐标系的原点。

可选的，所述预设旋转轴，为所述单目相机的相机坐标系的x轴、y轴或者z轴。

第二方面，本申请实施例提供了一种位置确定装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取单目相机位于第一位置时拍摄的包括目标对象的第一图像，以及获取所述单目相机在所述第一位置绕预设旋转轴旋转预设角度之后，拍摄的包括所述目标对象的第二图像；

确定单元，用于根据所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系，确定所述目标坐标。

可选的，所述确定单元，包括：

第一确定子单元，用于根据所述第一坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第一外参矩阵，确定体现所述第一坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第一方程；其中，所述单目相机的第一外参矩阵，根据所述第一位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定；

第二确定子单元，用于根据所述第二坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第二外参矩阵，确定体现所述第二坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第二方程；其中，所述单目相机的第二外参矩阵，根据第二位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定；所述第二位置，为所述单目相机在所述第一位置绕所述预设旋转轴旋转预设角度之后所处的位置；

确定子单元，用于根据所述第一方程和所述第二方程，确定所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标。

可选的，所述第一位置为所述单目相机的相机坐标系的原点。

可选的，所述预设旋转轴，为所述单目相机的相机坐标系的x轴、y轴或者z轴。

第三方面，本申请实施例提供了一种位置确定设备，所述设备包括：处理器和存储器；

所述存储器，用于存储指令；

所述处理器，用于执行所述存储器中的所述指令，执行以上第一方面任意一项所述的方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种智能移动设备，所述智能移动设备包括：单目相机和旋转控制机构，所述旋转控制机构，用于控制所述单目相机绕预设旋转轴旋转预设角度。

与现有技术相比，本申请实施例具有以下优点：

本申请实施例提供了一种位置确定方法，具体地，可以获取单目相机位于第一位置时拍摄的包括目标对象的第一图像，并获取所述单目相机在所述第一位置绕预设旋转轴旋转预设角度之后，拍摄的包括所述目标对象的第二图像。获取到第一图像和第二图像之后，可以根据所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系，确定所述目标坐标。由于目标对象在第一图像中的第一坐标是准确的、目标对象在所述第二图像中的第二坐标也是准确的，目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系均是准确的。因此，计算得到的目标对象在世界坐标系中的目标坐标可以认为是准确的。由此可见，利用本申请实施例提供的方案，可以准确的确定出目标对象在世界坐标系中目标坐标，进一步地，可以提升智能移动设备的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种位置确定方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种确定目标坐标的方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种位置确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的发明人经过研究发现，传统技术中，可以结合单目相机和惯性测量单元(inertialmeasurementunit，imu)来确定出目标对象在世界坐标系中的位置坐标。但是由于imu在投入使用之前，需要进行标定，而标定的过程会引入一定的误差，从而导致现有技术中基于单目摄像头和imu所确定的目标对象在世界坐标系中的位置坐标不准确，进一步地，会影响智能移动设备的性能。例如，会导致智能移动设备不能准确的抵达目标对象所处的位置。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种位置确定方法，可以准确的确定出目标对象在世界坐标系中目标坐标，进一步地，可以提升智能移动设备的性能。

下面结合附图，详细说明本申请的各种非限制性实施方式。

示例性方法

参见图1，该图为本申请实施例提供的一种位置确定方法的流程示意图。本申请实施例提供的位置确定方法，可以由处理设备执行，所述处理设备可以是服务器，所述处理设备也可以是所述智能设备的处理器，本申请实施例不做具体限定。

本申请实施例提供的位置确定方法，例如可以通过如下步骤s101-s102实现。

s101：获取单目相机位于第一位置时拍摄的包括目标对象的第一图像，以及获取所述单目相机在所述第一位置绕预设旋转轴旋转预设角度之后，拍摄的包括所述目标对象的第二图像。

在本申请实施例中，所述单目相机可以为位于智能移动设备上的相机。本申请实施例不具体限定所述智能移动设备，所述智能移动设备可以为能够基于真实立体空间的环境信息，向目标位置移动的设备。该智能移动设备例如可以为智能扫地机，该智能移动设备又如可以为智能机器人等等。当然，所述智能移动设备除了具备向目标位置移动的功能之外，还可以具备其它功能，例如对于餐厅中的智能机器人而言，其还具备将菜品放置至餐桌上的功能，此处不再一一列举说明。

在本申请实施例中，所述智能移动设备上除了设置有所述单目相机之外，还可以设置有对应的旋转控制机构，该旋转控制机构，用于控制所述单目相机绕预设旋转轴旋转预设角度。本申请实施例不具体限定所述预设旋转轴，所述预设旋转轴可以根据实际情况确定。本申请实施例也不具体限定所述预设角度，所述预设角度可以根据实际情况确定。作为一种示例，所述预设角度可以根据所述单目相机的拍摄视角确定，例如，所述预设角度可以为小于所述单目相机的拍摄视角的三分之一的一个任意角度。

需要说明的是，本申请实施例中提及的目标对象，可以是真实立体空间中存在的物体，例如，所述目标对象可以为真实立体空间中存在的桌子、椅子、门、窗等等，此处不再一一列举说明。

在本申请实施例中，目标对象在世界坐标系中的目标坐标，可以体现所述目标对象在真实立体空间中所处的位置。

在本申请实施例中，为了确定目标对象在世界坐标系中的目标坐标，当单目相机位于第一位置时，可以控制单目相机拍摄包括目标对象的第一图像。而后，利用前述旋转控制机构控制所述单目相机绕预设旋转轴旋转预设角度，为方便描述，将“所述单目相机在所述第一位置绕预设旋转轴旋转预设角度之后所处的位置”称为“第二位置”。当单目相机位于第二位置时，可以控制单目相机拍摄包括目标对象的第二图像。

可以理解的是，仅利用第一图像不能完全获知目标对象在真实立体空间中的信息，因为单目相机可以将真实立体空间的物体拍摄成二维的平面图像，因此，可能会丢失一部分深度信息。相应的，仅利用第二图像也不能完全获知目标对象在真实立体空间中的信息。故而仅利用第一图像不能计算出目标对象在世界坐标系中的目标坐标，仅利用第二图像也不能计算出目标对象在世界坐标系中的目标坐标。但是，结合第一图像和第二图像所提供的目标对象在真实立体空间中的信息，就可以推算出第一图像和第二图像中未携带的一些信息例如深度信息。从而可以计算出目标对象在世界坐标系中的目标坐标。故而在本申请实施例中，获取第一图像和第二图像之后，可以利用第一图像和第二图像来确定目标对象在世界坐标系中的目标坐标。

s102：根据所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系，确定所述目标坐标。

可以理解的是，获取到第一图像之后，由于目标图像在第一图像中所处的位置是确定的，具体地，目标对象在第一图像中所处的位置，可以体现为目标对象在第一图像对应的图像坐标系中的第一坐标。相应的，获取到第二图像之后，由于目标图像在第二图像中所处的位置是确定的，具体地，目标对象在第二图像中所处的位置，可以体现为目标对象在第二图像对应的图像坐标系中的第二坐标。

可以理解的是，对于真实立体空间中的目标对象而言，其可能对应第一图像上的一片显示区域，换言之，第一图像中的目标对象，可能包括多个像素点，本申请实施例中提及的第一坐标，可以是所述第一图像上包括的目标对象上的任意一点对应的像素点的坐标，例如，第一坐标可以为所述目标对象的中心点对应的像素点的坐标。同样的，第二图像中的目标对象，可能包括多个像素点，本申请实施例中提及的第二坐标，可以是所述第二图像上包括的目标对象上的任意一点对应的像素点的坐标，例如，第二坐标可以为所述目标对象的中心点对应的像素点的坐标。

可以理解的是，图像坐标系中各个像素点与该像素点对应真实立体空间中的物体之间具备一定的转换关系。换言之，所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间具备一定的转换关系。相应的，所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间也具备一定的转换关系。

故而在本申请实施例中，可以基于所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系，来确定目标对象在世界坐标系中的目标坐标。

通过以上描述可知，由于目标对象在第一图像中的第一坐标是准确的、目标对象在所述第二图像中的第二坐标也是准确的，目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系均是准确的。因此，计算得到的目标对象在世界坐标系中的目标坐标可以认为是准确的。由此可见，利用本申请实施例提供的方案，可以准确的确定出目标对象在世界坐标系中目标坐标，进一步地，可以提升智能移动设备的性能。

以下结合图2对s102的具体实现方式进行介绍。图2为本申请实施例提供的一种确定目标坐标的方法的流程示意图。图2所示的方法，例如可以通过如下步骤s201-s203实现。

如上文所述，s102在具体实现时，要利用“图像坐标系中各个像素点与该像素点对应真实立体空间中的物体之间的转换关系”，因此，在介绍s201-s203之前，首先对体现“图像坐标系中各个像素点与该像素点对应真实立体空间中的物体之间的转换关系”的方程进行介绍。可参见以下公式(1)。

在公式(1)中：

(u,v)为包括世界坐标系中的a点的图像上，a点对应的像素点在图像坐标系中的坐标值；

(xa,ya,za)是世界系中a点的坐标；

(u0,v0)为该图像的中心点的在图像坐标系中的坐标；

0^t为(0,0,0)；

r为单目相机的相机坐标系与世界坐标系之间变换的旋转矩阵，为3*3的矩阵；

t为单目相机坐标系与世界坐标系之间变换的平移矩阵，为3*1的矩阵。

(dx,dy)是单目相机的感光片上点像素的实际大小的值；

f为单目相机的焦距。

可以理解的是，由于故而公式(1)可以进一步变形得到以下公式(2)。

在公式(2)中，又被称为该单目相机的内参矩阵，一旦该单目相机确定，该内参矩阵为一个常量；故而在申请实施例的以下描述中，将该内参矩阵即为记为c，

在公式(2)中，又被称为该单目相机的外参，与单目相机的内参c不同，单目相机的外参并不是一个常量，其取值会根据单目相机拍摄的位置与单目相机的相机坐标系的原点之间相对位置关系确定。具体地，该相对位置关系，可以由前述旋转矩阵r和平移矩阵t来体现。

s201：根据所述第一坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第一外参矩阵，确定体现所述第一坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第一方程。

需要说明的是，所述第一方程可以体现所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系。第一坐标记作(u1，v1)，目标对象在世界坐标系中的目标坐标即为(xc,yc,zc)则根据以上公式(2)可知，第一方程可以体现为如下公式(3)。

其中：

为根据所述第一位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定的第一外参矩阵。

s202：根据所述第二坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第二外参矩阵，确定体现所述第二坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第二方程。

需要说明的是，所述第二方程可以体现所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系。第二坐标记作(u2，v2)，则根据以上公式(2)可知，第二方程可以体现为如下公式(4)。

其中：

为根据所述第二位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定的第二外参矩阵。

s203：根据所述第一方程和所述第二方程，确定所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标。

确定第一方程和第二方程之后，则可以联立第一方程和第二方程，计算得到所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标(xc,yc,zc)。

如上文所述，所述第一外参矩阵根据所述第一位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定，而所述第二外参矩阵根据所述第二位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定。可以理解的是，利用公式(3)和公式(4)进行计算时，第一外参矩阵和所述第二外参矩阵的复杂度，在一定程度上影响了计算得到所述目标坐标的计算复杂度。

在本申请实施例的一种实现方式中，为了降低计算得到所述目标坐标的计算复杂度，在构建所述单目相机的相机坐标系时，可以基于以所述第一位置为原点构建所述相机坐标系。这样一来，前述第一外参矩阵则比较简单，即降低了所述第一外参矩阵的复杂度，从而降低了计算得到所述目标坐标的计算复杂度。

另外，由于第二外参矩阵的取值会根据第二位置与单目相机的相机坐标系的原点之间相对位置关系确定。而相对位置关系，可以由前述旋转矩阵r和平移矩阵t来体现。考虑到在实际应用中，若所述单目相机绕所述相机的相机坐标系的某一坐标轴进行旋转，则由第一位置旋转第二位置之后，对应作为该预设旋转轴的坐标轴上的平移量为0。故而当前述预设旋转轴为所述相机的相机坐标系的某一坐标轴时，可以降低所述第二外参矩阵的复杂度。故而在本申请实施例的一种实现方式中，前文提及的预设旋转轴，可以为所述单目相机的相机坐标系的x轴、y轴或者z轴。从而降低所述第二外参矩阵的复杂度，从而降低了计算得到所述目标坐标的计算复杂度。

以下以所述第一位置为所述单目相机的相机坐标系的原点、所述预设旋转轴为所述单目相机的相机坐标系的y轴为例，对计算得到目标坐标的方法进行说明。

单目相机位于第一位置时，旋转矩阵平移矩阵将和代入公式(3)，得到以下公式(5)：

记单目相机从第一位置绕y轴旋转预设角度至第二位置之后，第一位置和第二位置之间的距离为l，对应的预设角度为θ，平移矩阵将和代入公式(4)，得到以下公式(6)：

联立公式(5)和公式(6)，即可计算得到所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标(xc,yc,zc)。

需要说明的是，关于所述预设旋转轴为所述单目相机的相机坐标系的x轴和z轴时，对应的第一外参矩阵和第二外参矩阵的具体取值，可以根据图像坐标系与相机坐标系的转换关系得到，此处不再一一列举说明。

示例性设备

基于以上实施例提供的位置确定方法，本申请实施例还提供了一种位置确定装置，以下结合附图介绍该装置。

参见图3，该图为本申请实施例提供的一种位置确定装置的结构示意图。

该图示出的位置确定装置300，例如可以包括：获取单元301和确定单元302。

获取单元301，用于获取单目相机位于第一位置时拍摄的包括目标对象的第一图像，以及获取所述单目相机在所述第一位置绕预设旋转轴旋转预设角度之后，拍摄的包括所述目标对象的第二图像；

确定单元302，用于根据所述目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系，确定所述目标坐标。

可选的，所述确定单元302，包括：

第一确定子单元，用于根据所述第一坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第一外参矩阵，确定体现所述第一坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第一方程；其中，所述单目相机的第一外参矩阵，根据所述第一位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定；

第二确定子单元，用于根据所述第二坐标、所述单目相机的内参矩阵和所述单目相机的第二外参矩阵，确定体现所述第二坐标和所述目标坐标之间的函数关系的第二方程；其中，所述单目相机的第二外参矩阵，根据第二位置与所述单目相机的相机坐标系的原点之间的相对位置关系确定；所述第二位置，为所述单目相机在所述第一位置绕所述预设旋转轴旋转预设角度之后所处的位置；

确定子单元，用于根据所述第一方程和所述第二方程，确定所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标。

可选的，所述第一位置为所述单目相机的相机坐标系的原点。

可选的，所述预设旋转轴，为所述单目相机的相机坐标系的x轴、y轴或者z轴。

由于所述装置300是与以上方法实施例提供的方法对应的装置，所述装置300的各个单元的具体实现，均与以上方法实施例为同一构思，因此，关于所述装置300的各个单元的具体实现，可以参考以上方法实施例的描述部分，此处不再赘述。

通过以上描述可知，由于目标对象在第一图像中的第一坐标是准确的、目标对象在所述第二图像中的第二坐标也是准确的，目标对象在所述第一图像中的第一坐标与所述目标对象在世界坐标系中的目标坐标之间的转换关系、以及所述目标对象在所述第二图像中的第二坐标与所述目标坐标之间的转换关系均是准确的。因此，计算得到的目标对象在世界坐标系中的目标坐标可以认为是准确的。由此可见，利用本申请实施例提供的方案，可以准确的确定出目标对象在世界坐标系中目标坐标，进一步地，可以提升智能移动设备的性能。

本申请实施例还提供了一种位置确定设备，所述设备包括：处理器和存储器；

所述存储器，用于存储指令；

所述处理器，用于执行所述存储器中的所述指令，执行以上方法实施例任意一项所述的位置确定方法。

本申请实施例还提供了一种智能移动设备，所述智能移动设备包括：单目相机和旋转控制机构，所述旋转控制机构，用于控制所述单目相机绕预设旋转轴旋转预设角度。

可以理解的是，当需要确定目标对象在世界坐标系中的目标坐标时，首先，可以在所述单目相机处于第一位置时，控制所述单目相机拍摄包括所述目标对象的第一图像。而后利用所述旋转控制机构控制所述单目相机绕预设旋转轴旋转预设角度，并控制所述单目相机在所述第一位置绕预设旋转轴旋转预设角度之后，拍摄包括所述目标对象的第二图像。而后，可以执行以上方法实施例提供位置确定方法，从而确定目标对象在世界坐标系中的目标坐标。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。