一种机器人单目视觉测距技术方法与流程

本发明涉及机器人视觉技术领域，具体是一种机器人单目视觉测距技术方法。

背景技术

当今科学技术突飞猛进，各行各业都得到相应推动发展，机器人发展当属二十一世纪最受人们关注瞩目的领域，各行各业呼吁引入机器人代替人类，把人类解放出来，比如机器人技术在工业、农业、服务行业等领域已得到广泛应用,越来越多的机器人开始替代人工完成相关工作。需求的多样化使得各个领域对机器人的要求越来越高,对机器人的自动化、智能化程度要求越来越高，机器人的抓取操作是完成各项工作的常用操作，如何让机器人在形状、尺寸各异的目标物中,准确识别定位并抓取目标物成为机器人抓取操作的前提条件。通过引入视觉与机器人相结合的智能抓取目标,能够有效地解决目标物的识别与定位这一难题,实现各个领域所需的全自动化功能要求,提高生产工作效率。其中，目标物体的视觉定位预知其三维空间坐标是抓取的第一要务，是后面机器人自动化完成各项工作的基础。而现有的视觉技术在利用双目视觉获取目标三维姿态信息的过程中相机标定繁琐精度低、算法运算量大和鲁棒性差等缺点，这就限制了视觉机器人的实际使用，同时也增大了机器人应用技术难度，可见视觉测距技术方法非常重要。因此为了解决的这些缺点问题，提高机器人工作的可靠性和稳定性，降低其技术条件的限定程度，必须重新设计一种可以有效解决现存各种缺点的测距技术方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人单目视觉测距技术方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机器人单目视觉测距技术方法，包括以下几个步骤：

步骤(1)：视觉传感器采集获取图像识别目标物体上的矩形标志物；

步骤(2)：计算图像中矩形标志物的面积大小；

步骤(3)：根据小孔成像原理，推导几何关系数学公式；

步骤(4)：计算抓取物体上标志物图像的大小；

步骤(5)：把面积大小信息代入数学公式，计算目标物体到单目视觉坐标系原点的深度距离信息。

作为本发明进一步的方案：所述步骤(1)的具体实现方法是：首先利用机器人上固定的单目视觉相机拍摄采集工作场景中的图像，通过图像目标识别技术，寻找识别出工作对象目标物体上的矩形标志物，最终得到图像中矩形标志物的图像坐标信息。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(2)的具体实现方法是：把识别出的工作对象目标物体上贴的标志物，计算其成像面积大小，计算实际标志物面积及图像中标志物面积比值。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(3)的具体实现方法是：根据摄像机小孔成像原理，矩形标志物成像之间的光路构成几何三角形，由这些几何三角形之间的对应关系，进而推导实际矩形标志物与其像的几何关系数学公式。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(4)的具体是通过计算实际标志物面积及图像中标志物面积比值实现的。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(5)具体是：通过步骤(1)-(4)得到标志物成像所得的几何对应关系，把他们的面积比值大小信息代入，推导计算出工作对象物体到单目视觉坐标系原点的深度距离信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、实现机器人工作对象目标物体深度信息的单目视觉测量，降低了视觉测量技术的实际应用难度，有效解决双目视觉技术存在的问题，提高了单目视觉测量技术的实际工程应用价值水平，缩短系统开发周期，推动视觉机器人技术领域的发展。2、方法过程简便、通用性强、计算量小、计算效率高、测量精度高。

附图说明

图1为本发明单目测量几何关系图；

图2为本发明单目测距技术流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种机器人单目视觉测量技术方法，包括以下几个步骤：

步骤(1)：视觉传感器采集获取图像识别目标物体上的矩形标志物；

步骤(2)：计算图像中矩形标志物的面积大小；

步骤(3)：根据小孔成像原理，推导几何关系数学公式；

步骤(4)：计算抓取物体上标志物图像的大小；

步骤(5)：把面积大小信息代入数学公式，计算目标物体到单目视觉坐标系原点的深度距离信息。

所述步骤(1)为首先利用机器人上固定的单目视觉相机拍摄采集工作场景中的图像，通过图像目标识别技术，寻找识别出工作对象目标物体上的矩形标志物，得到图像中矩形标志物的图像坐标信息；

所述步骤(2)把识别出的工作对象目标物体上贴的标志物，计算其成像面积大小；

所述根据摄像机小孔成像原理，矩形标志物成像之间的光路构成几何三角形，由这些几何三角形之间的对应关系，推导实际矩形标志物与其像的几何关系数学公式；

所述计算实际标志物面积及图像中标志物面积比值；

所述步骤(5)得到标志物成像所得的几何对应关系，把他们的面积比值信息代入，推导计算出工作对象物体到单目视觉坐标系原点的深度距离信息，这就完成了单目视觉测量技术方法过程。

该方法实现单目视觉测距过程如下：

本方法作为一种单目视觉测距技术，利用视觉传感器采集获取的图像识别出目标物体上的矩形标志物m，通过机器人控制调整单目视觉姿态，使单目视觉采集的图像中标志物图像坐标处于整副图像的中心为点o，使得标志物图像中心处于相机的光轴上，在竖直方向上计算目标物体上矩形标志物各顶点坐标在摄像机坐标系(摄像机坐标系与世界坐标系重合)下为p1、p2、p3、p4，设定相机焦距为f，目标物的矩形标志物中心点q到相机透镜距离为d，最后由相机小孔成像原理模型得到各参量之间的几何关系图。由小孔成像原理得到目标从摄像机坐标系到图像坐标系之间的变换关系为：

又因为目标物上的矩形标志物的面积s为：

s＝(p1y-p2y)(p1x-p4x)

这样根据小孔成像原理得到摄像坐标系到成像坐标系之间的关系，把上式变换到成像坐标系下表示得：

其中(v1-v2)(u1-u4)＝sp，即为目标物体上矩形标志物的成像面积大小。

因此根据以上推导过程，最后可得到视觉传感器到矩形标志物的距离d为：

即可由上式推导计算出抓取物体到单目视觉坐标系原点的深度信息，即为后面对目标物体进行各种任务操作运动控制提供了空间深度信息。

如上所述，便可较好地实现本发明。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。