基于模板的单目视觉目标空间定位方法与流程

技术特征：

1.一种基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于，定义标定模板，检测标定模板图像空间二维位置，将标定模板图像空间二维坐标系映射到三维空间坐标系，根据标定模板在图像平面内的投影推导其在三维空间中相对摄像头的距离与方位以对单目视觉目标标定。

2.如权利要求1所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于，所述定义标定模板，包括如下步骤：采用对角黑色正方形方块为模板基本形式，定义中心点与顶点，并定义中心点与顶点的完备性，对顶点与中心点编码。

3.如权利要求2所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于，所述定义中心点与顶点的完备性的具体步骤是：

根据模板形式，定义中心点或顶点的四象限分区，四个分区分别记为I₁、I₂、I₃、I₄，对任意中心点或顶点在任意i方向上等间距选取的n个像素点，其均值为对应中心点或顶点在I₁分区的像素均值为：

$\stackrel{\‾}{I_1}=E\left(\underset{i\∈I_1}{\Σ}\stackrel{\‾}{I_{1i}}\right)$

同理，以此求出中心点或顶点四个分区的像素均值中心点或顶点完备性定义如下：

完备中心点或顶点：

半完备中心点或顶点：

不完备中心点或顶点：均不存在；

其中，TH₁表示图像中对角黑色方块或者对角白色区域像素的相似程度，TH₂表示图像中黑白区域像素的差异程度。

4.如权利要求2所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于，所述对顶点与中心点编码的具体步骤是：

标定模板中心点O的4个分区上的像素均值分别记根据像素均值确定4个分区的编码，其中黑色用0编码，白色用1编码；

确定顶点各分区像素均值对任一顶点进行编码，其中黑色用0编码，白色用1编码；

根据中心点及顶点四个分区的像素均值确定其颜色进行编码。

5.如权利要求1或2所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于，

所述推导标定模板在三维空间中相对摄像头的距离与方位，包括如下步骤：

使用模板标定摄像机，确定初始标定参数；

使标定模板与待测目标绑定，进行图像采集；

搜索该采集图像角点，提取完备及半完备的中心点和顶点，计算采集图像中的其中一对中心点与顶点的欧氏像素距离；

确定单目视觉采集到的采集图像中心点；

根据所述采集图像的标定模板的中心点与顶点欧氏像素距离，及初始标定参数，

计算采集图像中心点与摄像机中心的欧氏像素距离；

计算采集图像中心点与标定模板中心点的欧氏像素距离；

依上述采集图像中心点与摄像机中心的欧氏像素距离及

采集图像中心点与标定模板中心点的欧氏像素距离，

计算标定模板中心与摄像机中心的距离、方位角。

6.如权利要求5所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于：所述使用标定模板标定摄像机，确定初始标定参数，包括如下步骤：

将标定模板中心点O点放置于摄像机镜头组中心轴线上，平行于镜头平面；

标定模板由近至远连续水平平移拍照取样，得到各距离上的标定图像，分别对每张标定图像检测所有角点，提取完备中心点、半完备中心点、完备顶点与半完备顶点，根据顶点编码匹配对应中心点与顶点，获取中心点及顶点坐标；

计算标定图像中B、O两点的欧氏像素距离d_BO，标定图像中E、O两点的欧氏像素距离d_EO：

$d_{BO}=\sqrt{{({\mathrm{\λ}}_0-x_B)}^2+{(y_0-y_B)}^2}---\left(1\right)$

$d_{EO}=\sqrt{{(x_0-x_E)}^2+{(y_0-y_E)}^2}---\left(2\right)$

其中，顶点O(x₀,y₀)、顶点B(x_B,y_B)、顶点E(x_E,y_E)；

d_l表示黑块顶点与中心点间欧氏像素距离：

d_l＝E(d_BO，d_EO) (3)

确定初始标定参数β_i：

${\mathrm{\β}}_i=\frac{D_{KO}}{d_l}---\left(4\right)$

其中，D_KO为标定图像中心点O与摄像机中心点K的欧氏空间距离。

7.如权利要求6所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于：所述根据所述采集图像的标定模板的中心点与顶点欧氏像素距离，及初始标定参数，计算采集图像中心点与摄像机中心的欧氏像素距离的具体步骤是：

采集图像的中心点记为P(x,y)，根据所述采集图像的标定模板的中心点与顶点欧氏像素距离d_l，及初始标定参数β_i，计算采集图像中心点P与摄像机中心点K的欧氏空间距离D_KP：

D_KP＝β_i×d_l (5)。

8.如权利要求7所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于：所述计算采集图像中心点与标定模板中心点的欧氏像素距离的具体步骤是：标定模板中心点O(x₀,y₀)与采集图像中心点P(x,y)的欧氏像素距离为d_OP：

$d_{OP}=\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}---\left(6\right)$

其中：(x₀,y₀)为采集图像中模板中心点O点坐标。

9.如权利要求8所述的基于标定模板的单目视觉目标标定方法，其特征在于：所述计算标定模板中心与摄像机中心的距离、方位角的具体步骤是：标定模板中心点与摄像机中心的欧氏空间距离D与方位角α：

$D=\sqrt{{d_{OP}}^2+{D_{KP}}^2}---\left(7\right)$

$\mathrm{\α}={\tan }^{-1}\frac{d_{OP}}{D_{KP}}---\left(8\right).$