用于機器視覺位姿檢測的參照帶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于機器視覺位姿檢測的參照帶，包括至少一個子參照帶，子參照帶為長條矩形，相鄰的子參照帶沿長度方向互相拼接，每一個子參照帶分別包括各自不同的標識碼，標識碼固定于子參照帶的正面。標識碼為能夠表示序列先后順序的文字、顏色或圖形。本發(fā)明的用于機器視覺位姿檢測的參照帶能夠輔助移動平臺的位姿檢測系統(tǒng)進行快速判斷，精確、快速、實時地檢測出移動平臺的位姿信息，為移動平臺實現(xiàn)安全、可靠、精確地閉環(huán)控制提供重要的參照，其結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、經(jīng)濟實用、易于實現(xiàn)，適用范圍廣泛。
【專利說明】
用于機器視覺位姿檢測的參照帶
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機器視覺的檢測輔助工具，更具體地說，涉及一種用于機器視覺位姿檢測的參照帶。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，已有的用于位姿檢測或位移檢測的設(shè)備主要分為接觸式和非接觸式兩種。當工作環(huán)境允許通過接觸的方式來檢測位姿或位移時，可以選用接觸式的檢測設(shè)備，但這些設(shè)備對接觸部件存在機械性的磨損，所以設(shè)備長時間工作后，會出現(xiàn)穩(wěn)定性和精度下降的情況。當工作環(huán)境不允許與被檢測體有接觸，這時就要選用非接觸式的檢測設(shè)備，如一些利用GPS、電磁信號、超聲波和紅外光進行檢測的設(shè)備，但他們的檢測結(jié)果容易受到電磁干擾、環(huán)境噪音、接收信號電平波動等情況的影響，抑或容易受到雨水、灰塵、酸堿等自然環(huán)境的影響，從而導致檢測精度降低，可靠性降低。本發(fā)明克服了上述缺點，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高的基于機器視覺的移動平臺位姿檢測系統(tǒng)。
[0003]機器視覺是一個多學科交叉的領(lǐng)域，它綜合了光學工程、電子信號處理、模式識另IJ、人工智能、機械工程和軟件工程等多領(lǐng)域知識。機器視覺系統(tǒng)一般由光源、鏡頭、攝像器件、圖像存儲體、監(jiān)視器以及計算機系統(tǒng)等設(shè)備組成。光源為視覺系統(tǒng)提供足夠的照度，鏡頭將被測場景中的目標成像到視覺傳感器(即攝像器件)的成像面上，圖像存儲體負責將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像，即把每個像素點的亮度轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶燃墧?shù)據(jù)，并存儲為一幅或多幅圖像，計算機系統(tǒng)負責對圖像進行處理、分析、判斷和識別，最終給出檢測結(jié)果。
[0004]基于機器視覺的移動平臺位姿檢測系統(tǒng)綜合運用了參照體上的標識在圖像中的大量信息，由于所依據(jù)的信息量是二維空間上的圖像信息，即從整幅圖像信息中提煉出位姿信息，因此，它可以克服各種各樣的干擾信號，獲得穩(wěn)定且可靠的測量結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有移動平臺位姿檢測技術(shù)中存在的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜且檢測精度不高的問題，本發(fā)明的目的是為了降低系統(tǒng)的復雜度并提高檢測精度，提供一種用于機器視覺位姿檢測的參照帶。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種用于機器視覺位姿檢測的參照帶，包括至少一個子參照帶，子參照帶為長條矩形，相鄰的子參照帶沿長度方向互相拼接，每一個子參照帶分別包括各自不同的標識碼，標識碼固定于子參照帶的正面。標識碼為能夠表示序列先后順序的文字、顏色或圖形。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，相鄰的子參照帶通過腰型孔和半切槽互相拼接。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，標識碼為條形薄板，條形薄板上按照預(yù)設(shè)的編碼方式印刷文字、顏色或圖形。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，標識碼為條形薄板，條形薄板上按照預(yù)設(shè)的編碼方式局部鏤空。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，子參照帶采用防水熱脹冷縮系數(shù)小的硬性或柔性材料。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，子參照帶包括電源和發(fā)光元件，標識碼透明或半透明，發(fā)光元件設(shè)置于標識碼的背面。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，子參照帶的正面包括內(nèi)切槽，標識碼固定于內(nèi)切槽內(nèi)。
[0014]在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的用于機器視覺位姿檢測的參照帶能夠輔助移動平臺的位姿檢測系統(tǒng)進行快速判斷，精確、快速、實時地檢測出移動平臺的位姿信息，為移動平臺實現(xiàn)安全、可靠、精確地閉環(huán)控制提供重要的參照，其結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、經(jīng)濟實用、易于實現(xiàn)，適用范圍廣泛。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明移動平臺的位姿檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2A和2B是支架主體的側(cè)視圖和俯視圖；
[0017]圖3A和3B是支撐板的主視圖和側(cè)視圖；
[0018]圖3C和3D是壓板的主視圖和側(cè)視圖；
[0019I圖4A和4B是子參照帶的前視圖和后視圖；
[0020]圖5A和5B是子參照帶的組裝示意圖；
[0021 ]圖6A-6F是標識碼的示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明移動平臺的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0024]本發(fā)明針對移動平臺的位姿檢測技術(shù)，提出了一種基于機器視覺的移動平臺位姿檢測系統(tǒng)，該專利系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、經(jīng)濟實用、綠色環(huán)保、適用范圍廣泛，能夠把移動平臺的位姿信息實時地反饋至移動平臺的運動控制單元，從而有助于實現(xiàn)移動平臺的姿態(tài)控制。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種移動平臺的位姿檢測裝置，其主要包括該系統(tǒng)由多個支架1、參照帶2、標識碼3、相機4、移動平臺5和處理器6。多個支架I固定于地面，且位于移動平臺的運動空間的同一側(cè)排列成一直線，大致均勻排布。支架I用來支撐參照帶2，使得固定后的參照帶2處在同一水平面上，其表面都與水平面相垂直。參照帶2為長條形狀，對應(yīng)于支架I的分布，參照帶2上每隔一定距離就設(shè)有一個支架1，參照帶2上附有標識碼3，支架I固定于參照帶2的背面，標識碼3設(shè)置于參照帶2的正面。相機4固定在移動平臺5上，且保證相機4處對應(yīng)的標識碼3能夠位于相機4的視野范圍之中。相機4把采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸給處理器6，處理器6中運行的圖像處理程序通過對圖像數(shù)據(jù)的處理來獲得當前移動平臺5的位姿信息。
[0026]如圖2A和2B所示，本發(fā)明的支架I由支架主體、支撐板和壓板組成，而主體又進一步包括三角型鐵架103和鐵板104。支架主體由三角型鐵架103和鐵板104組成，鐵板104為矩形，固定于地面，三角型鐵架103垂直于鐵板104且和鐵板104焊接固定，使用熱電鍍方式進行抗氧化處理，這樣設(shè)計既能節(jié)省成本，又能增加整體的穩(wěn)定性。為了使支架主體能夠牢固地固定在地面上，支架主體上設(shè)計了地埋螺絲固定孔102，具體來說是鐵板104的兩端設(shè)有地埋螺絲固定孔102。為了使支架主體能夠適應(yīng)高低不平的地面，即在垂直地面的方向上可以對支撐板進行調(diào)節(jié)，本發(fā)明在支架主體上設(shè)計了腰型孔101用以固定支撐板，具體來說是三角型鐵架103上設(shè)有用以固定支撐板的腰型孔101，這種設(shè)計方式可以保證裝配后的參照帶2處在同一水平面上。
[0027]本發(fā)明中支架I的支撐板和壓板的設(shè)計示意圖如圖3A-3D所示。支撐板和壓板采用防水、熱脹冷縮系數(shù)小的堅固材料，支撐板與支架主體之間通過通孔105，用一定長度的螺絲固定。選用一定長度的螺絲是為了調(diào)整糾偏定位板的垂直度和水平度。支撐板和壓板通過攻絲孔106和通孔107來固定并鎖緊參照帶2。本發(fā)明的壓板包括上壓板和下壓板，參照帶位于上壓板和下壓板之間。上壓板和下壓板把參照帶2固定于支撐板上，使其位于上、下壓板之間。上壓板和下壓板分別具有半切槽108，上壓板的半切槽108向下，下壓板的半切槽108向上。
[0028]本發(fā)明的參照帶2的表面與水平面垂直，通過調(diào)節(jié)支架I可使參照帶2大致處于同一水平面。參照帶2可采用防水熱脹冷縮系數(shù)小的硬性或柔性材料。當參照帶2過長時，為了方便組裝、拆卸和運輸，整條參照帶2可以由多個子參照帶拼接而成。
[0029]具體來說，參照帶2包括至少一個子參照帶，子參照帶為長條矩形，相鄰的子參照帶沿長度方向互相拼接，每一個子參照帶分別包括各自不同的標識碼3，標識碼3固定于子參照帶的正面。標識碼3為能夠表示序列先后順序的文字、顏色或圖形。
[°03°] 本發(fā)明的子參照帶的設(shè)計示意圖如圖4A和4B所示。內(nèi)切槽201用于固定標識碼3，便于標識碼3更穩(wěn)定地固定在參照帶2上。子參照帶的其它區(qū)域202用于襯托標識碼3，降低其在環(huán)境中的干擾，進而降低后續(xù)圖像處理算法的復雜度。為了把子參照帶拼接起來，同時又防止熱脹冷縮導致整體變形，相鄰的子參照帶采用腰型孔203和半切槽204的半拼設(shè)計方式。
[0031]本發(fā)明的標識碼3為條形薄板，可以通過形狀、顏色、有源或無源、鏤空與否等信息承載方式進行編碼，標識碼3的形狀可以采用數(shù)字、字母、文字、圖形(如條形碼、二維碼)等方式來實現(xiàn)，即在條形薄板上按照預(yù)設(shè)的編碼方式印刷文字、顏色或圖形，或者在條形薄板上按照預(yù)設(shè)的編碼方式局部鏤空。編碼單元的尺寸要使其在相機4中清晰成像。標識碼的顏色可以采用不同顏色的有源發(fā)光設(shè)備或者不同顏色的無源反光材料來實現(xiàn)，這里所指的顏色包括所有光譜中的光，即包括不可見光。對于有源的標識碼3，其子參照帶包括電源和發(fā)光元件，標識碼3為透明/半透明或者部分透明/半透明，發(fā)光元件設(shè)置于標識碼3的背面。
[0032]本發(fā)明的相機4可以采用工業(yè)相機、工業(yè)攝像機等各種獲取圖像的設(shè)備，包括圖像傳感器CCD、鏡頭和照明設(shè)備。相機4固定在移動平臺5上，且參照帶2的局部區(qū)域可在相機4中清晰成像。移動平臺5的位姿信息是通過處理器6對相機4采集到的圖像數(shù)據(jù)進行處理來獲得，本發(fā)明的工作流程圖如圖7所示。
[0033]S1:處理器獲取參照帶在相機中的圖像
[0034]S2:從圖像中提取標識碼
[0035]S3:根據(jù)提取出的標識碼，計算移動平臺的當前位姿信息
[0036]S4:判斷是否需要繼續(xù)獲取移動平臺的當前位姿信息?若是，則返回SI，若否，則結(jié)束。
[0037]根據(jù)上述步驟可見，當移動平臺5在不斷移動的時候，相機4在不斷地獲取一系列標識碼3，而處理器6可以根據(jù)這一系列的標識碼3來計算移動平臺5的運行軌跡。例如，標識碼3為一系列順序排列的自然數(shù):I，2，3，……，而處理器6判斷相機4接收到的標識碼3序列為14，15，16，則可以根據(jù)這三個標識碼所在的位置判斷出移動平臺5的當前位姿信息。進一步地，處理器6不僅可以識別出移動平臺5當前的位姿信息，還能通過持續(xù)地獲取相機4的圖像信息來判斷出移動平臺5的運行軌跡。
[0038]為了使本發(fā)明的技術(shù)手段和創(chuàng)作特征能夠達成目的與功效，又易于了解，下面結(jié)合具體實施例示，進一步闡述。本發(fā)明應(yīng)用于移動平臺的位姿檢測，包括以下步驟:
[0039]支架I的設(shè)計。支架主體的設(shè)計如圖2A和2B所示，由帶腰型孔101的三角型鐵架103和帶有地埋螺絲固定孔102的鐵板104組成，它們之間用焊接的方式來固定，并用熱電鍍方式進行抗氧化處理。支撐板和壓板的設(shè)計如圖3A-3D所示，支撐板和壓板均采用防水、熱脹冷縮系數(shù)小的堅固材料，支撐板帶有通孔105和攻絲孔106，壓板帶有通孔107和半切槽108。
[0040]支架I的安裝。多個支架主體通過地埋螺絲固定孔102用膨脹螺絲固定于地面上，位于移動平臺5的運動空間的某一側(cè)，大致均勻排布。每個支架主體與支撐板之間通過腰型孔101和通孔105用60mm長度的螺絲固定;支撐板與壓板通過攻絲孔106和通孔107用螺絲固定。
[0041]參照帶的設(shè)計。參照帶2采用防水熱脹冷縮系數(shù)小的鋁板。為了方便組裝、拆卸和運輸，整條參照帶2設(shè)計為由多個子參照帶拼接而成。子參照帶設(shè)計為如圖4A和4B所示的帶有內(nèi)切槽201、腰型孔203和半切槽204的鋁板，且其它區(qū)域202均進行了噴黑漆氧化處理，用于襯托標識碼3。
[0042]參照帶2的安裝。參照帶2是利用支撐板和壓板通過攻絲孔106和通孔107來固定并鎖緊的，參照帶2被固定在支撐板和壓板的半切槽108之間。參照帶2的表面與水平面垂直，通過調(diào)節(jié)支架I可使參照帶2大致處于同一水平面。子參照帶的組裝示意圖如圖5A和58所不O
[0043]標識碼3的設(shè)計和安裝。如圖6A-6F所示，標識碼3設(shè)計為無源的數(shù)字、字母、文字和圖形(如條形碼、二維碼)，但本發(fā)明中的標識碼并不以此為限。為了實現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模批量生產(chǎn)，標識碼3是采用在反光材料上進行打印的方式來實現(xiàn)的，在材料上被打印的地方將失去反光能力。標識碼是通過黏貼的方式固定在參照帶的內(nèi)切槽201內(nèi)。
[0044]相機4的安裝和調(diào)試。相機4采用850nm的紅外光源，分辨率為656\494的0:0，焦距為16mm的鏡頭和紅外濾光片(濾除可見光，消除干擾)。相機4固定于機器人移動平臺5上，調(diào)整相機4的相關(guān)參數(shù)，確保它的觀測區(qū)域分別位于標識碼3對應(yīng)的位置處，并使標識碼3能夠在相機4成像平面的中心區(qū)域內(nèi)清晰成像。
[0045]處理器6采用工業(yè)計算機作為圖像處理單元，圖像處理程序的開發(fā)運行環(huán)境為WinXP+Visual Stud12010，其中還可使用第三方圖像處理庫0penCV2.20。
[0046]本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種用于機器視覺位姿檢測的參照帶，包括至少一個子參照帶，其特征在于: 所述子參照帶為長條矩形，相鄰的子參照帶沿長度方向互相拼接； 每一個所述子參照帶分別包括各自不同的標識碼，所述標識碼固定于子參照帶的正面； 所述標識碼為能夠表示序列先后順序的文字、顏色或圖形。2.如權(quán)利要求1所述的用于機器視覺位姿檢測的參照帶，其特征在于: 相鄰的子參照帶通過腰型孔和半切槽互相拼接。3.如權(quán)利要求1所述的用于機器視覺位姿檢測的參照帶，其特征在于: 所述標識碼為條形薄板，所述條形薄板上按照預(yù)設(shè)的編碼方式印刷文字、顏色或圖形。4.如權(quán)利要求1所述的用于機器視覺位姿檢測的參照帶，其特征在于: 所述標識碼為條形薄板，所述條形薄板上按照預(yù)設(shè)的編碼方式局部鏤空。5.如權(quán)利要求1所述的用于機器視覺位姿檢測的參照帶，其特征在于: 所述子參照帶采用防水熱脹冷縮系數(shù)小的硬性或柔性材料。6.如權(quán)利要求1所述的用于機器視覺位姿檢測的參照帶，其特征在于: 所述子參照帶包括電源和發(fā)光元件，所述標識碼透明或半透明，所述發(fā)光元件設(shè)置于所述標識碼的背面。7.如權(quán)利要求1所述的用于機器視覺位姿檢測的參照帶，其特征在于: 所述子參照帶的正面包括內(nèi)切槽，所述標識碼固定于所述內(nèi)切槽內(nèi)。
【文檔編號】G01B11/02GK105823419SQ201610308102
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】蔡峰, 劉春明, 單磊, 茅時群, 方立
【申請人】上海振華重工電氣有限公司, 上海振華重工(集團)股份有限公司