一种应用于机器人抓取的单目视觉测距方法与流程

本发明涉及机器人视觉技术领域，具体是一种应用于机器人抓取的单目视觉测距方法。

背景技术

随着机器人技术在工业、农业、服务行业等领域的广泛应用,越来越多的机器人开始替代人工完成相关工作,如生产线上产品的分拣和上、下料，农场里的水果采摘，餐厅里的端菜服务等。需求的多样化使得各个领域对机器人的要求越来越高,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自动化领域的难题之一。面对工业制造与装配生产线,多种视觉引导工业机器人实时定位抓取技术已被应用。通过引导机器人自动抓取目标,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与目标相对位置固化、算法运算量大和鲁棒性差等缺点,过程实现繁琐，这就限制了视觉机器人的推广发展使用，同时也提高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，降低其使用条件的限定程度，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应用于机器人抓取的单目视觉测距方法，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：

一种应用于机器人抓取的单目视觉测距方法，包括以下几个步骤：

步骤(1)：视觉传感器采集得到的图像识别出将要抓取物体上的标志物；

步骤(2)：识别定位标志物图像的中心；

步骤(3)：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；

步骤(4)：计算抓取物体上标志物图像的大小；

步骤(5)：利用相机小孔成像模型计算出抓取物体到单目视觉坐标系原点的距离。

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，通过模板匹配识别技术，寻找识别出所要抓取的物体，得到抓取物体的大致所在方位。

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：把步骤(1)识别出的抓取物体上贴的标志物识别出来，并定位标志物图像的中心。

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：机器人携带单目视觉相机运动，控制调整单目视觉姿态，改变标志物图像中心处于整副生成图像的中心位置，即标志物的中心处于视觉相机的光轴上。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(4)的具体实现方法是：计算标志物竖直方向上边缘到其中心处的像素个数，即他们之间的长度，反应了单目视觉相机与抓取物体的距离大小程度。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤(5)具体是：利用相机小孔成像原理模型，根据他们之间的几何对应关系，推导计算出抓取物体到单目视觉坐标系原点的距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、实现机器人抓取的物体三维空间信息单目视觉测量，提高了视觉测量技术的准确性及可靠性，有效解决双目视觉技术存在的问题，可简化抓取物体三维空间测量的过程，提高了单目视觉测量技术的实际应用价值水平，减少系统开发设计成本，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、测量准确度高。

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)：视觉传感器采集得到的图像识别出将要抓取物体上的标志物；

步骤(2)：识别定位标志物图像的中心；

步骤(3)：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；

步骤(4)：计算抓取物体上标志物图像的大小；

步骤(5)：利用相机小孔成像模型计算出抓取物体到单目视觉坐标系原点的距离。

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，通过模板匹配识别技术，寻找识别出所要抓取的物体，得到抓取物体的大致所在方位，为后面步骤识别其标志物缩小了识别寻找的范围。

所述步骤(2)制作一种特定标志物，并把标志物紧贴于抓取物体表面，接着把识别出的抓取物体上贴的标志物识别出来，并定位提取标志物图像的中心；

所述步骤(3)机器人携带单目视觉相机运动，控制调整单目视觉的姿态，改变标志物在单目相机中的成像位置，最终使得标志物图像中心处于整副生成图像的中心位置，即标志物的中心处于视觉相机的光轴上；

所述步骤(4)计算标志物竖直方向上各个边缘到其中心处的像素个数，即他们之间的各自距离长度，反应了单目视觉相机与抓取物体的距离大小程度；

所述步骤(5)利用相机小孔成像原理模型，根据各个长度距离成像原理所构成的几何对应关系，推导计算出抓取物体到单目视觉坐标系原点的距离，最后各个长度计算得到的信息平均取值，最终得到单目视觉测量的结果，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得到的图像识别出将要抓取物体上的标志物并定位其中心点q，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，在竖直方向上计算抓取物体上标志物图像边缘距中心的大小为op，设定相机焦距为f，相机的俯仰角为α，距离地面高度为h，抓取物的标志物中心点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，根据模型关系图可以设β＝α+γ，得到tgβ＝h/d，tgγ＝op/f，这样最终得d＝h/tg(γ+α)＝h/g[α+arctg(op/f)]，因为该式中除了深度距离d为未知量外，其余都是已知量，即可由该式推导计算出抓取物体到单目视觉坐标系原点的三维空间坐标信息，即为后面抓取目标物体运动控制提供了空间位置信息。

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。