一种基于双摄像机的智能体视觉三维定位装置与方法
【专利摘要】本发明提供一种基于双摄像机的的智能体视觉三维定位方法及其装置，其方法包括：步骤1，在智能体上设置双摄像机，使第一摄像机的主轴与第二摄像机的主轴互相垂直；步骤2，两个摄像机对同一对象分别进行单目视觉的三维定位，分别获得第一定位结果、第二定位结果；步骤3，对所述第一定位结果、第二定位结果进行融合处理，获得最优三维定位结果，融合处理为：用第二摄像机的X分量代替第一摄像机的Z分量；用第一摄像机的X负分量代替第二摄像机的Z分量。本发明通过巧妙的融合两个摄像机的单目视觉定位数据，进而融合两者三维定位深度方向的误差，从与深度平方成正比例降低为与深度成正比例，保证了视觉系统的正常定位。
【专利说明】一种基于双摄像机的智能体视觉三维定位装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机视觉三维领域，尤其涉及一种基于双摄像机的智能体视觉三维定位装置与方法。
【背景技术】
[0002]机器人、无人车辆等智能体在环境中作业时，需要知道自身的位姿。视觉系统是面扫描传感器，信息量大，常用于机器人的环境感知与定位。机器人视觉定位通常有两种方式，一种是单摄像机的定位方法，一种是双摄像机的立体定位方法。然而，这两种方式针对智能体视觉定位深度方向均存在误差较大的问题，无法保证视觉系统的正常使用。
[0003]因为，这两种方法有一个共同的特点，即在三维定位时，与X，Y方向定位误差只是X, Y方向偏差的正比，深度方向的误差与深度的平方成正比。因此，视觉系统在深度方向的误差会比X，Y方向的误差大，当距离较远时误差无法容忍，造成无法获知自身位姿的后果。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种基于双摄像机的的智能体视觉三维定位装置与方法，该方法有效地降低视觉系统的深度定位误差，使三维定位深度方向的误差从与深度平方成正比例降低为与深度成正比例，保证了视觉系统的正常定位。
[0005]本发明的基于双摄像机的的智能体视觉三维定位方法，其包括:
[0006]步骤1，在智能体上设置双摄像机，使第一摄像机的主轴与第二摄像机的主轴互相垂直，则满足条件:第一摄像机坐标系的Z方向与第二摄像机的坐标系下的X方向相同，所述第一摄像机坐标系的X方向与第二摄像机坐标系的Z方向相差180度；
[0007]步骤2，两个摄像机对同一对象分别进行单目视觉的三维定位，分别获得第一定位结果、弟二定位结果；
[0008]步骤3，对所述第一定位结果、第二定位结果进行融合处理，获得最优三维定位结果，融合处理为:
[0009]用第二摄像机的X分量代替第一摄像机的Z分量；
[0010]用第一摄像机的X负分量代替第二摄像机的Z分量。
[0011]进一步的，若P为智能体上任意一点，其在第一摄像机的坐标系下的坐标为AP，在第二摄像机的坐标系下的坐标为Bp，在世界坐标系下的坐标为Wp，A、B分别表示第一、第二摄像机的坐标系，则满足:
【权利要求】
1.一种基于双摄像机的的智能体视觉三维定位方法，其特征在于，包括: 步骤1，在智能体上设置双摄像机，使第一摄像机的主轴与第二摄像机的主轴互相垂直，则满足条件:第一摄像机坐标系的Z方向与第二摄像机的坐标系下的X方向相同，所述第一摄像机坐标系的X方向与第二摄像机坐标系的Z方向相差180度； 步骤2，两个摄像机对同一对象分别进行单目视觉的三维定位，分别获得第一定位结果、弟 定位结果； 步骤3，对所述第一定位结果、第二定位结果进行融合处理，获得最优三维定位结果，融合处理为:
2.如权利要求1所述的基于双摄像机的的智能体视觉三维定位方法，其特征在于: 若P为智能体上任意一点，其在第一摄像机的坐标系下的坐标为AP，在第二摄像机的坐标系下的坐标为BP，在世界坐标系下的坐标为WP，A、B分别表示第一、第二摄像机的坐标系，则满足:
3.如权利要求1所述的基于双摄像机的的智能体视觉三维定位方法，其特征在于， 若P为智能体上任意一点，其在第一摄像机的坐标系下的坐标为AP，在第二摄像机的坐标系下的坐标为BP，在世界坐标系下的坐标为WP，A、B分别表示第一、第二摄像机的坐标系，则满足:
4.一种基于双摄像机的的智能体视觉三维定位装置，其特征在于，包括: 机械本体、两个相同型号的摄像机、人工路标、处理装置； 所述机械本体固定在智能体上，该机械本体为长方体，且该长方体的底面和顶面是正方形，四个侧面以相互平行的平面为一组，分为两组，每组开有圆柱孔，且两组的圆柱孔相互垂直，上下相切； 每个圆柱孔的正前方开槽，放置滤光片，所述圆柱孔的后方放置一个摄像机；该摄像机的镜头探入所述圆柱孔内； 所述人工路标是在一个平面上均匀布置有源红外LED灯的装置，不同位置的人工路标通过点亮不同的有源红外LED灯来区别，获得不同的路标ID ;该人工路标的有源红外LED灯中心点的世界坐标通过人工测量后保存于处理装置的数据库中； 所述处理装置包括第一摄像机子单元，第二摄像机子单元，及双摄像机三维定位融合子单元；第一摄像机子单元和第二摄像机子单元均包括:采集图像模块，与采集图像模块连接的检测模块，与检测模块连接的ID识别模块，数据模块，与ID识别模块、数据模块、检测模块分别连接的单目视觉三维定位模块； 其中采集图像模块负责从所属摄像机中周期性地读出所感知的数字图像；检测模块用于根据该数字图像进行人工路标中心点检测，得出人工路标关键点的图像坐标；ID识别模块根据检测出的中心点阵列进行人工路标ID的识别，并根据识别出的人工路标ID从所接数据模块中的人工路标世界坐标数据库中查找出对应ID的人工路标关键点的世界坐标；单目视觉三维定位模块，结合人工路标关键点的图像坐标和世界坐标以及自身的摄像机参数，进行单目视觉的三维定位，并将定位结果输出至双摄像机三维定位融合子单元；双摄像机三维定位融合子单元根据两个摄像机子单元的单目视觉定位结果进行融合运算，融合运算具体为:用第二摄像机的X分量代替第一摄像机的Z分量；用第一摄像机的X负分量代替第二摄像机的Z分量，得到减小深度误差的三维定位结果。
5.如权利要求4所述的基于双摄像机的的智能体视觉三维定位装置，其特征在于，所述两个圆柱孔上放置的滤光片为相同带宽的带通滤波器，该带通滤波器以940nm为中心频率，带宽为10nm。
6.如权利要求4所述的基于双摄像机的的智能体视觉三维定位装置，其特征在于，所述两个摄像机为普通CCD`摄像机。
【文档编号】G06T7/00GK103824298SQ201410086367
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2014年3月10日
【发明者】黄强, 陈晓鹏, 张伟民, 黄高, 张通通, 宋勇博 申请人:北京理工大学