专利名称:一种局部定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机视觉自动导航应用领域，尤其涉及机器人或自动车辆等作业机械的一种局部定位系统。
技术背景
近年来，机械自动化、智能化和机器人研究是世界上研究的热点，机械自动化作业及其机器人的发展是未来工业技术发展方向；定位是实现机械自动移动和实现机器人自动作业的基础性难题，是完成其他任务的前提；世界各国采用不同的方法进行了大量研究，比如雷达定位、激光测距定位、DR传感器、机器视觉等，但这些技术都存在一定的约束和技术不足，未能实用化。世界上除GPS外，没有商业化的定位系统；GPS自动导航是使用最多的方法，其中实时动态差分法(real-time kinematic, RTK)GPS的精度达到了厘米级；由于价格较高且GPS的精度取决于作业位置，GPS在应用中也存在一定的限制。比如在农田或室内自动化作业时，由于树林、山脉、屋顶等障碍物阻碍微波传送，使精度明显下降；且GPS根本不能保证在温室大棚和其他室内环境使用。
全方位视觉传感器是一种新型的视觉传感器，它具有单个视点、每张图像能提供周围360度范围内的信息，并且图像不会随传感器的旋转改变性质，有利于减少车轮滑移和震动的部分负面影响；而且价格便宜，被广泛应用在机器人领域。在机器人定位方向也得到了应用，一般是在作业环境中人工设置特征标识或利用自然标识，通过图像匹配来实现拓扑定位，但该定位系统计算过程复杂、运行时间长，实用性较差。而全方位视觉传感器除图像信息丰富外，还具有另一特点在获取全方位图像时，空间物体相对于传感器的方位角是固定不变的；实用新型专利一种自动导航定位装置及方法(申请号200910044412. 4， 公开号101660912)利用全方位视觉传感器成像原理和特点实用新型了一种专利，该实用新型在人工标识布置的作业区内，将全方位视觉传感器、作业车辆装配在一起，求出全方位视觉传感器投影中心位置，即求出了作业车的定位位置。该实用新型成功地运用了计算机图像处理技术、传感器技术和新型视觉传感器的特点实用新型了一种自动导航定位装置； 定位系统除应用于自动导航之外，还可以用于位置跟踪、导弹发射、农业中用于产量图绘制、精细，但该实用新型局限于运用于自动导航定位，将全方位视觉传感器、作业车辆装配在一起，容易出现使用视觉传感器普遍存在的缺陷，图像易受车辆振动影响造成模糊，影响定位精度，这样就要求传感器的防震性能特别好，效果也不一定很好。本实用新型在这种技术背景下实用新型了一种局部定位系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对作业的车辆、机器人，尤其是作业环境比较固定，田间、 温室、厂房等，以及GPS技术不能使用的区域，利用全方位视觉传感器和计算机视觉图像处理技术完善开发的一种局部定位系统，该实用新型可代替GPS在一些特殊场合进行定位， 精度高、运行速度快、使用范围广、实用性强、价格便宜。[0005]本实用新型的技术解决方案如下
一种局部定位系统，四个用于与周围环境区别的有色标识分别通过支柱固定在作业区外围的四个点上，四个点分别对应一个矩形的4个角点；全方位视觉传感器摄像装置通过支柱固定在作业区中央，全方位视觉传感器摄像装置与计算机通信连接；在作业车上设置有色标识；计算机上设有基于全方位视觉传感器摄像装置获取的图像识别出作业车标识所在位置坐标的图像处理及计算单元。
有色标识的颜色一般采用红色或蓝色，或红色与蓝色分块组合颜色。
所述全方位视觉传感器摄像装置包括曲型镜面、中心针、USB摄像机、USB线接口、 调焦螺纹、镜头、下盖、透明外罩和上盖；曲型镜面与上盖粘合在一起；上盖以螺纹方式旋紧在透明外罩上；下盖的下方连接USB摄像机镜头；透明外罩套装在曲型镜面上；中心针通过螺纹与上盖连接，中心针穿过并紧密粘合在曲型镜面的中心；USB摄像机的镜头获取的信号经USB接口输出，并通过USB线输出到计算机。
一种局部定位方法，采用前述的局部定位系统，具体定位方法为
步骤1:图像获取步骤；
全方位视觉传感器摄像装置实时拍摄四个有色标识的全方位图像，并将该全方位图像传送到计算机中；
步骤2 图像处理及计算步骤；
定义图像坐标，图像左上角为原点(0，0)，单位为像素；基于提取特征颜色量的阈值和最大距离值S获取有色标识位置坐标并存储，当有色标识特征点提取少于或多于4个， 则返回步骤2的开始，再次调节提取特征颜色量的阈值和最大距离值S，重新进行前述的图像分析直到得到4个有色标识在图像中的准确位置点；
步骤3 基于4个有色标识和作业车方位角的定位计算步骤；
步骤A 实时图像获取步骤；
在已获得4个有色标识在图像中的准确位置点的基础上，全方位视觉传感器摄像装置实时拍摄作业车标识在作业区的图像即含有作业车标识的图像，并将该含有作业车标识的图像传送到计算机中；
步骤B 在计算机中，采用步骤2相同的方法获取作业车标识在该含有作业车标识的图像中的位置点并储存；
步骤C:计算步骤；
根据求出并储存的4个有色标识在图像中的4个位置点和作业车标识在图像中的位置点，计算出四个有色标识中的每相邻两个有色标识和作业车图像标识在含有作业车标识的图像中的方位角Θ1 θ 4，四个有色标识形成的矩形长为a、宽为b;每相邻两个红色标识和对应的方位角形成一条弧线，总共形成4条弧线，每2条弧相交得到1个交点，共得到4个交点Il 14，交点Il 14的坐标分别为(xll,yll), (xI2，yI2)， (xI3，yI3)， (xI4，yI4)，如下[0020]
权利要求
1.一种局部定位系统，其特征在于，四个用于与周围环境区别的有色标识分别通过支柱固定在作业区外围的四个点上，四个点分别对应一个矩形的4个角点；全方位视觉传感器摄像装置通过支柱固定在作业区中央，全方位视觉传感器摄像装置与计算机通信连接； 在作业车上设置有色标识；计算机上设有基于全方位视觉传感器摄像装置获取的图像识别出作业车标识所在位置坐标的图像处理及计算单元。
2.根据权利要求
1所述的局部定位系统，其特征在于，所述全方位视觉传感器摄像装置包括曲型镜面、中心针、USB摄像机、USB线接口、调焦螺纹、镜头、下盖、透明外罩和上盖； 曲型镜面与上盖粘合在一起；上盖以螺纹方式旋紧在透明外罩上；下盖的下方连接USB摄像机镜头；透明外罩套装在曲型镜面上；中心针通过螺纹与上盖连接，中心针穿过并紧密粘合在曲型镜面的中心；USB摄像机的镜头获取的信号经USB接口输出，并通过USB线输出到计算机。
专利摘要
本实用新型公开了一种局部定位系统，该系统的结构为四个用于与周围环境区别的有色标识分别通过支柱固定在作业区外围的四个点上，四个点分别对应一个矩形的4个角点；全方位视觉传感器摄像装置通过支柱固定在作业区中央，全方位视觉传感器摄像装置与计算机通信连接；在作业车上设置有色标识；计算机上设有基于全方位视觉传感器摄像装置获取的图像识别出作业车标识所在位置坐标的图像处理及计算单元。该实用新型可代替或补偿GPS在一些特殊场合进行定位，精度高、运行速度快、使用范围广、实用性强、价格便宜。
文档编号H04N5/225GKCN201995070 U发布类型授权 专利申请号CN 201020636810
公开日2011年9月28日 申请日期2010年12月2日
发明者吴彬, 吴畏, 戴思慧, 李旭, 李明, 潘景富, 翁伟, 芋生憲司, 许永伟, 首道, 黄日英 申请人:湖南农业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan