CN109584200A - 换电站中的视觉定位***及定位方法 - Google Patents

换电站中的视觉定位***及定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109584200A
CN109584200A CN201811038852.4A CN201811038852A CN109584200A CN 109584200 A CN109584200 A CN 109584200A CN 201811038852 A CN201811038852 A CN 201811038852A CN 109584200 A CN109584200 A CN 109584200A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image
offset
circle
point
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811038852.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109584200B (zh
Inventor
张炜
吴广涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIO Holding Co Ltd
Original Assignee
NIO Nextev Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NIO Nextev Ltd filed Critical NIO Nextev Ltd
Priority to CN201811038852.4A priority Critical patent/CN109584200B/zh
Publication of CN109584200A publication Critical patent/CN109584200A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109584200B publication Critical patent/CN109584200B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Image Analysis (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

本发明属于电动汽车换电技术领域，具体涉及一种换电站中基于视觉的定位***及定位方法，电动汽车的底盘上设置有两个标记物，两个标记物分别对应第一定位点和第二定位点，该定位***包括用于对电动汽车底盘进行图像采集以获得当前位置图像的图像采集器、用于对当前位置图像进行处理以获得匹配点与对应的定位点的当前偏移量的图像处理器、以及设置有第一匹配点和第二匹配点的换电小车；换电小车根据第一匹配点与第一定位点的当前偏移量进行移动以使第一匹配点与第一定位点对齐，并根据第二匹配点与第二定位点的当前偏移量以第一匹配点为圆心进行转动以使第二匹配点与第二定位点对齐。本发明能够实现换电小车与电动汽车的精准定位，提高换电速率。

Description

换电站中的视觉定位***及定位方法
技术领域
本发明属于换电技术领域，具体提供一种换电站中基于视觉的定位***及定位方法。
背景技术
随着电动汽车的普及，如何有效地为能量不足的汽车提供快速有效的能量补给一直是业内急需解决的问题。在诸多补能方式中，更换动力电池是一种可行性高的方案，一般在换电站中完成。而如何实现电动汽车与换电小车之间的精准定位是换电站的关键技术之一。
目前，采用PSD(Position Sensitive Detector)测距方法、激光定位等方法的定位精度较低，无法为换电过程的控制闭环提供精准定位。
相应地，本领域需要一种换电站中的高精度的定位方法来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中换电站中换电小车与电动汽车之间的定位精度较低的问题，本发明提供了一种换电站中基于视觉的定位***，电动汽车的底盘包括至少两个标记物，所述至少两个标记物包括第一标记物和第二标记物，其中，所述第一标记物对应第一定位点，所述第二标记物对应第二定位点；换电小车上设置有与所述第一定位点匹配的第一匹配点和与所述第二定位点匹配的第二匹配点，所述定位***包括：图像采集器，其对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像；图像处理器，其与所述图像采集器通信连接，并且被配置为对所述当前位置图像进行处理以获得当前相对位置与理想相对位置之间的当前偏移量，所述当前偏移量分为第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述第一匹配点与第一定位点之间的当前偏移量，所述第二偏移量为所述第二匹配点与第二定位点之间的当前偏移量；调整模块，其与所述图像处理器通信连接，所述调整模块根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述调整模块根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位***的优选技术方案中，所述图像采集器包括第一图像采集器和第二图像采集器；所述第一图像采集器和所述第二图像采集器安装在所述换电小车上，其中，所述第一图像采集器用于对所述第一标记物进行图像采集以获得第一当前位置图像，所述第二图像采集器用于对所述第二标记物进行图像采集以获得第二当前位置图像；所述图像处理器被配置为对所述第一当前位置图像进行处理以获得所述第一偏移量，对所述第二当前位置图像处理以获得所述第二偏移量。
在上述定位***的优选技术方案中，所述调整模块包括第一调整单元和第二调整单元，其中，所述第一调整单元根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述第二调整单元根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位***的优选技术方案中，所述电动汽车的底盘上安装有动力电池，所述标记物为所述动力电池上的孔板，所述定位点为所述孔板的圆孔的圆心；所述第一偏移量为第一偏移角度，所述第二偏移量为第二偏移角度，其中，所述第一偏移角度为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移角度，所述第二偏移角度为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移角度；所述第一调整单元根据所述第一偏移角度控制所述换电小车以步进方式进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整单元根据所述第二偏移角度控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心以步进方式进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位***的优选技术方案中，所述图像处理模块被配置为按照如下方法计算所述当前偏移角度：在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心；将所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像与所述理想位置图像中所述孔板的圆孔所成的像进行匹配；若匹配结果满足精度要求则为对齐，若匹配结果不满足精度要求则将所述当前位置图像中的圆形的圆心与所述理想位置图像中圆形的圆心的坐标之差作为位置差(Δx，Δy)，并以arctan(Δy/Δx)作为所述当前偏移角度。
在上述定位***的优选技术方案中，所述图像处理模块被配置为按照如下方法执行“在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心”这一步骤：在所述当前位置图像中查找闭合曲线；判断所述闭合曲线是否为满足精度要求下的圆形，精度要求是将所述闭合曲线按照圆的定义拟合出圆及圆心，并计算出所述闭合曲线上所有的点到拟合出的圆心的距离，若该距离的标准差σ≦kR，则认为该闭合曲线是满足所述精度要求下的圆形，其中，R为拟合出的圆的半径；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为一条，则将该闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为0条，则更改所述精度要求，判断所述闭合曲线是否为满足新的精度要求下的圆形；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线至少为两条，则将该至少两条所述闭合曲线中标准差σ最小的一条闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；将选择出的所述闭合曲线的中心作为所述当前位置图像中所述圆孔所成的像的圆心。
在上述定位***的优选技术方案中，所述标记物包括模板图形和与所述模板图像对应的对比部件，其中，所述模板图形包括多个大小相同的正方形格子，所述定位点为所述模板图形中的任一所述格子的顶点，所述对比部件包括圆形部分或者圆孔，在垂直于所述电动汽车底盘的方向上，所述对比部件在所述电动汽车的底盘上的正投影位于其所对应的所述模板图形内；所述第一偏移向量为第一偏移向量，所述第二偏移量为第二偏移向量，其中，所述第一偏移向量为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移向量，所述第二偏移向量为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移向量；所述第一调整模块根据所述第一偏移向量控制所述换电小车进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整模块根据所述二偏移向量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位***的优选技术方案中，所述图像处理模块被配置为按照如下方法计算所述当前偏移向量：获取当前位置图像中所述格子的边长作为第一边长，获取理想位置图像中所述格子的边长作为第二边长，将所述第二边长与所述第一边长的比值作为校正系数；对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中的圆形的圆心作为基础坐标，并将所述基础坐标乘以所述校正系数作为校正坐标；将所述校正坐标与标准坐标之差作为所述当前偏移向量，其中，所述标准坐标为理想位置图像中圆形的圆心的坐标。
在上述定位***的优选技术方案中，所述图像处理器被配置为按照如下方法执行“对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中圆形的圆心”这一步骤：对所述当前位置图像进行模糊处理以获得模糊化的当前位置图像；在所述模糊化的当前位置图像上截取当前模板图像，所述当前模板图像包括所述圆形且所述当前模板图像是以特定长度为边长的正方形；获取所述当前模板图像中所述圆形的边界；采用霍夫找圆法获取所述当前模板图像中所述圆形的圆心。
在上述定位***的优选技术方案中，所述调整模块设置在所述换电小车上。
在上述定位***的优选技术方案中，所述换电小车为自动导引运输车或者有轨制导车辆。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种换电站中基于视觉的定位方法，电动汽车的底盘包括至少两个标记物，所述至少两个标记物包括第一标记物和第二标记物，其中，所述第一标记物对应第一定位点，所述第二标记物对应第二定位点；换电小车上设置有与所述第一定位点匹配的第一匹配点和与所述第二定位点匹配的第二匹配点，所述定位方法包括：图像采集器对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像；图像处理器对所述当前位置图像进行处理以获得当前相对位置与理想相对位置之间的当前偏移量，所述当前偏移量分为第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述第一匹配点与第一定位点之间的当前偏移量，所述第二偏移量为所述第二匹配点与第二定位点之间的当前偏移量；调整模块根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐；所述调整模块根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述图像采集器包括第一图像采集器和第二图像采集器，所述第一图像采集器和所述第二图像采集器安装在所述换电小车上，其中，所述第一图像采集器用于对所述第一标记物进行图像采集以获得第一当前位置图像，所述第二图像采集器用于对所述第二标记物进行图像采集以获得第二当前位置图像；所述图像处理器被配置为对所述第一当前位置图像进行处理以获得所述第一偏移量，对所述第二当前位置图像处理以获得所述第二偏移量。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述调整模块包括第一调整单元和第二调整单元，其中，所述第一调整单元根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述第二调整单元根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述电动汽车的底盘上安装有动力电池，所述标记物为所述动力电池上的孔板，所述定位点为所述孔板的圆孔的圆心；所述第一偏移量为第一偏移角度，所述第二偏移量为第二偏移角度，其中，所述第一偏移角度为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移角度，所述第二偏移角度为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移角度；所述第一调整单元根据所述第一偏移角度控制所述换电小车以步进方式进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整单元根据所述第二偏移角度控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心以步进方式进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述当前偏移角度的计算方法包括如下步骤：在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心；将所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像与所述理想位置图像中所述孔板的圆孔所成的像进行匹配；若匹配结果满足精度要求则为对齐，若匹配结果不满足精度要求则将所述当前位置图像中的圆形的圆心与所述理想位置图像中圆形的圆心的坐标之差作为位置差(Δx，Δy)，并以arctan(Δy/Δx)作为所述当前偏移角度。
在上述定位方法的优选技术方案中，“在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心”的步骤包括：在所述当前位置图像中查找闭合曲线；判断所述闭合曲线是否为满足精度要求下的圆形，精度要求是将所述闭合曲线按照圆的定义拟合出圆及圆心，并计算出所述闭合曲线上所有的点到拟合出的圆心的距离，若该距离的标准差σ≦kR，则认为该闭合曲线是满足所述精度要求下的圆形，其中，R为拟合出的圆的半径；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为一条，则将该闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为0条，则更改所述精度要求，判断所述闭合曲线是否为满足新的精度要求下的圆形；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线至少为两条，则将该至少两条所述闭合曲线中标准差σ最小的一条闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；将选择出的所述闭合曲线的中心作为所述当前位置图像中所述圆孔所成的像的圆心。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述标记物包括模板图形和与所述模板图像对应的对比部件，其中，所述模板图形包括多个大小相同的正方形格子，所述定位点为所述模板图形中的任一所述格子的顶点，所述对比部件包括圆形部分或者圆孔，在垂直于所述电动汽车底盘的方向上，所述对比部件在所述电动汽车的底盘上的正投影位于其所对应的所述模板图形内；所述第一偏移量为第一偏移向量，所述第二偏移量为第二偏移向量，其中，所述第一偏移向量为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移向量，所述第二偏移向量为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移向量；所述第一调整模块根据所述第一偏移向量控制所述换电小车进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整模块根据所述二偏移向量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述当前偏移向量的计算方法包括如下步骤：获取当前位置图像中所述格子的边长作为第一边长，获取理想位置图像中所述格子的边长作为第二边长，将所述第二边长与所述第一边长的比值作为校正系数；对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中的圆形的圆心作为基础坐标，并将所述基础坐标乘以所述校正系数作为校正坐标；将所述校正坐标与标准坐标之差作为所述当前偏移向量，其中，所述标准坐标为理想位置图像中圆形的圆心的坐标。
在上述定位方法的优选技术方案中，“对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中圆形的圆心”的步骤包括：对所述当前位置图像进行模糊处理以获得模糊化的当前位置图像；在所述模糊化的当前位置图像上截取当前模板图像，所述当前模板图像包括所述圆形且所述当前模板图像是以特定长度为边长的正方形；获取所述当前模板图像中所述圆形的边界；采用霍夫找圆法获取所述当前模板图像中所述圆形的圆心。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述调整模块设置在所述换电小车上。
在上述定位方法的优选技术方案中，所述换电小车为自动导引运输车或者有轨制导车辆。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种换电站，包括上述任一项换电站中基于视觉的定位***。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，通过对采集到的当前位置图像进行处理的方式来获取当前偏移量，相较于PSD(Position Sensitive Detector)测距方法、激光定位等方法，视觉定位方式的精度较高；调整模块控制换电小车移动使第一匹配点与第一定位点对齐，并且控制换电小车以第一匹配点为圆心进行转动以使第二匹配点与第二定位点对齐，使得对换电小车的运动的控制更为简单，因此有利于提高对换电小车的控制精度，从而进一步提高换电小车与电动汽车的精准定位；仅用两个定位点即可实现精准定位，使得数据处理量也较小，有利于提高换电小车与电动汽车之间的定位效率。
方案1、一种换电站中基于视觉的定位***，其特征在于，电动汽车的底盘包括至少两个标记物，所述至少两个标记物包括第一标记物和第二标记物，其中，所述第一标记物对应第一定位点，所述第二标记物对应第二定位点；换电小车上设置有与所述第一定位点匹配的第一匹配点和与所述第二定位点匹配的第二匹配点，所述定位***包括：图像采集器，其对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像；图像处理器，其与所述图像采集器通信连接，并且被配置为对所述当前位置图像进行处理以获得当前相对位置与理想相对位置之间的当前偏移量，所述当前偏移量分为第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述第一匹配点与第一定位点之间的当前偏移量，所述第二偏移量为所述第二匹配点与第二定位点之间的当前偏移量；调整模块，其与所述图像处理器通信连接，所述调整模块根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述调整模块根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案2、根据方案1所述的定位***，其特征在于，所述图像采集器包括第一图像采集器和第二图像采集器；所述第一图像采集器和所述第二图像采集器安装在所述换电小车上，其中，所述第一图像采集器用于对所述第一标记物进行图像采集以获得第一当前位置图像，所述第二图像采集器用于对所述第二标记物进行图像采集以获得第二当前位置图像；所述图像处理器被配置为对所述第一当前位置图像进行处理以获得所述第一偏移量，对所述第二当前位置图像处理以获得所述第二偏移量。
方案3、根据方案2所述的定位***，其特征在于，所述调整模块包括第一调整单元和第二调整单元，其中，所述第一调整单元根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述第二调整单元根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案4、根据方案3所述的定位***，其特征在于，所述电动汽车的底盘上安装有动力电池，所述标记物为所述动力电池上的孔板，所述定位点为所述孔板的圆孔的圆心；所述第一偏移量为第一偏移角度，所述第二偏移量为第二偏移角度，其中，所述第一偏移角度为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移角度，所述第二偏移角度为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移角度；所述第一调整单元根据所述第一偏移角度控制所述换电小车以步进方式进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整单元根据所述第二偏移角度控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心以步进方式进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案5、根据方案4所述的定位***，其特征在于，所述图像处理模块被配置为按照如下方法计算所述当前偏移角度：在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心；将所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像与所述理想位置图像中所述孔板的圆孔所成的像进行匹配；若匹配结果满足精度要求则为对齐，若匹配结果不满足精度要求则将所述当前位置图像中的圆形的圆心与所述理想位置图像中圆形的圆心的坐标之差作为位置差(Δx，Δy)，并以arctan(Δy/Δx)作为所述当前偏移角度。
方案6、根据方案5所述的定位***，其特征在于，所述图像处理模块被配置为按照如下方法执行“在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心”这一步骤：在所述当前位置图像中查找闭合曲线；判断所述闭合曲线是否为满足精度要求下的圆形，精度要求是将所述闭合曲线按照圆的定义拟合出圆及圆心，并计算出所述闭合曲线上所有的点到拟合出的圆心的距离，若该距离的标准差σ≦kR，则认为该闭合曲线是满足所述精度要求下的圆形，其中，R为拟合出的圆的半径；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为一条，则将该闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为0条，则更改所述精度要求，判断所述闭合曲线是否为满足新的精度要求下的圆形；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线至少为两条，则将该至少两条所述闭合曲线中标准差σ最小的一条闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；将选择出的所述闭合曲线的中心作为所述当前位置图像中所述圆孔所成的像的圆心。
方案7、根据方案3所述的定位***，其特征在于，所述标记物包括模板图形和与所述模板图像对应的对比部件，其中，所述模板图形包括多个大小相同的正方形格子，所述定位点为所述模板图形中的任一所述格子的顶点，所述对比部件包括圆形部分或者圆孔，在垂直于所述电动汽车底盘的方向上，所述对比部件在所述电动汽车的底盘上的正投影位于其所对应的所述模板图形内；所述第一偏移向量为第一偏移向量，所述第二偏移量为第二偏移向量，其中，所述第一偏移向量为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移向量，所述第二偏移向量为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移向量；所述第一调整模块根据所述第一偏移向量控制所述换电小车进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整模块根据所述二偏移向量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案8、根据方案7所述的定位***，其特征在于，所述图像处理模块被配置为按照如下方法计算所述当前偏移向量：获取当前位置图像中所述格子的边长作为第一边长，获取理想位置图像中所述格子的边长作为第二边长，将所述第二边长与所述第一边长的比值作为校正系数；对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中的圆形的圆心作为基础坐标，并将所述基础坐标乘以所述校正系数作为校正坐标；将所述校正坐标与标准坐标之差作为所述当前偏移向量，其中，所述标准坐标为理想位置图像中圆形的圆心的坐标。
方案9、根据方案8所述的定位***，其特征在于，所述图像处理器被配置为按照如下方法执行“对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中圆形的圆心”这一步骤：对所述当前位置图像进行模糊处理以获得模糊化的当前位置图像；在所述模糊化的当前位置图像上截取当前模板图像，所述当前模板图像包括所述圆形且所述当前模板图像是以特定长度为边长的正方形；获取所述当前模板图像中所述圆形的边界；采用霍夫找圆法获取所述当前模板图像中所述圆形的圆心。
方案10、根据方案1-9中任一项所述的定位***，其特征在于，所述调整模块设置在所述换电小车上。
方案11、根据方案10所述的定位***，其特征在于，所述换电小车为自动导引运输车或者有轨制导车辆。
方案12、一种换电站中基于视觉的定位方法，其特征在于，电动汽车的底盘包括至少两个标记物，所述至少两个标记物包括第一标记物和第二标记物，其中，所述第一标记物对应第一定位点，所述第二标记物对应第二定位点；换电小车上设置有与所述第一定位点匹配的第一匹配点和与所述第二定位点匹配的第二匹配点，所述定位方法包括：图像采集器对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像；图像处理器对所述当前位置图像进行处理以获得当前相对位置与理想相对位置之间的当前偏移量，所述当前偏移量分为第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述第一匹配点与第一定位点之间的当前偏移量，所述第二偏移量为所述第二匹配点与第二定位点之间的当前偏移量；调整模块根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐；所述调整模块根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案13、根据方案12所述的定位方法，其特征在于，所述图像采集器包括第一图像采集器和第二图像采集器，所述第一图像采集器和所述第二图像采集器安装在所述换电小车上，其中，所述第一图像采集器用于对所述第一标记物进行图像采集以获得第一当前位置图像，所述第二图像采集器用于对所述第二标记物进行图像采集以获得第二当前位置图像；所述图像处理器被配置为对所述第一当前位置图像进行处理以获得所述第一偏移量，对所述第二当前位置图像处理以获得所述第二偏移量。
方案14、根据方案13所述的定位方法，其特征在于，所述调整模块包括第一调整单元和第二调整单元，其中，所述第一调整单元根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述第二调整单元根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案15、根据方案14所述的定位方法，其特征在于，所述电动汽车的底盘上安装有动力电池，所述标记物为所述动力电池上的孔板，所述定位点为所述孔板的圆孔的圆心；所述第一偏移量为第一偏移角度，所述第二偏移量为第二偏移角度，其中，所述第一偏移角度为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移角度，所述第二偏移角度为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移角度；所述第一调整单元根据所述第一偏移角度控制所述换电小车以步进方式进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整单元根据所述第二偏移角度控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心以步进方式进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案16、根据方案15所述的定位方法，其特征在于，所述当前偏移角度的计算方法包括如下步骤：在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心；将所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像与所述理想位置图像中所述孔板的圆孔所成的像进行匹配；若匹配结果满足精度要求则为对齐，若匹配结果不满足精度要求则将所述当前位置图像中的圆形的圆心与所述理想位置图像中圆形的圆心的坐标之差作为位置差(Δx，Δy)，并以arctan(Δy/Δx)作为所述当前偏移角度。
方案17、根据方案16所述的定位方法，其特征在于，“在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心”的步骤包括：在所述当前位置图像中查找闭合曲线；判断所述闭合曲线是否为满足精度要求下的圆形，精度要求是将所述闭合曲线按照圆的定义拟合出圆及圆心，并计算出所述闭合曲线上所有的点到拟合出的圆心的距离，若该距离的标准差σ≦kR，则认为该闭合曲线是满足所述精度要求下的圆形，其中，R为拟合出的圆的半径；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为一条，则将该闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为0条，则更改所述精度要求，判断所述闭合曲线是否为满足新的精度要求下的圆形；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线至少为两条，则将该至少两条所述闭合曲线中标准差σ最小的一条闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；将选择出的所述闭合曲线的中心作为所述当前位置图像中所述圆孔所成的像的圆心。
方案18、根据方案14所述的定位方法，其特征在于，所述标记物包括模板图形和与所述模板图像对应的对比部件，其中，所述模板图形包括多个大小相同的正方形格子，所述定位点为所述模板图形中的任一所述格子的顶点，所述对比部件包括圆形部分或者圆孔，在垂直于所述电动汽车底盘的方向上，所述对比部件在所述电动汽车的底盘上的正投影位于其所对应的所述模板图形内；所述第一偏移量为第一偏移向量，所述第二偏移量为第二偏移向量，其中，所述第一偏移向量为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移向量，所述第二偏移向量为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移向量；所述第一调整模块根据所述第一偏移向量控制所述换电小车进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；所述第二调整模块根据所述二偏移向量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
方案19、根据方案18所述的定位方法，其特征在于，所述当前偏移向量的计算方法包括如下步骤：获取当前位置图像中所述格子的边长作为第一边长，获取理想位置图像中所述格子的边长作为第二边长，将所述第二边长与所述第一边长的比值作为校正系数；对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中的圆形的圆心作为基础坐标，并将所述基础坐标乘以所述校正系数作为校正坐标；将所述校正坐标与标准坐标之差作为所述当前偏移向量，其中，所述标准坐标为理想位置图像中圆形的圆心的坐标。
方案20、根据方案19所述的定位方法，其特征在于，“对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中圆形的圆心”的步骤包括：对所述当前位置图像进行模糊处理以获得模糊化的当前位置图像；在所述模糊化的当前位置图像上截取当前模板图像，所述当前模板图像包括所述圆形且所述当前模板图像是以特定长度为边长的正方形；获取所述当前模板图像中所述圆形的边界；采用霍夫找圆法获取所述当前模板图像中所述圆形的圆心。
方案21、根据方案12-20中任一项所述的定位方法，其特征在于，所述调整模块设置在所述换电小车上。
方案22、根据权利要求21所述的定位方法，其特征在于，所述换电小车为自动导引运输车或者有轨制导车辆。
方案23、一种换电站，其特征在于，包括如方案1-11中任一项所述的换电站中基于视觉的定位***。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种换电站中基于视觉的定位***的结构示意图。
图2为具有本发明实施例中的定位***的换电站的局部侧视示意图。
图3为本发明实施例中换电站中基于视觉的定位***的定位原理图。
图4为本发明实施例中的一种换电站中的视觉定位方法的流程图。
图5为本发明实施例中的一种标记物的结构示意图。
图6为本发明实施例中的另一种换电站中的视觉定位方法的流程图。
图7为本发明实施例中的步骤S202的流程图。
图8为本发明实施例中的一种当前位置图像的示意图。
图9为本发明实施例中的步骤S202的流程图。
图10为本发明实施例中的一种模板图形的结构示意图。
图11为本发明实施例中的另一种换电站中的视觉定位方法的流程图。
图12为本发明实施例中的步骤S302的流程图。
图13为本发明实施例中的一种步骤S202的流程图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
为了保证电动汽车的续航里程，在换电站中对电动汽车的储动力电池进行更换是一种可行的方法。而对于换电站来说，如何实现电动汽车与换电小车之间的精准定位则是换电站的关键技术之一。但是，目前市场中的视觉定位都是粗定位，定位精度较低。
为了解决上述问题，本发明提供了一种换电站中基于视觉的定位***和定位方法，该***基于对视觉图像的采集和处理以实现换电小车/换电平台与电动汽车的精准定位。以下结合附图对本发明提供的换电站中基于视觉的定位***和定位方法进行清楚、完整地说明。
图1为本发明实施例中的一种换电站中基于视觉的定位***的结构示意图。图2为具有本发明实施例中的定位***的换电站的局部侧视示意图。图3为本发明实施例中换电站中基于视觉的定位***的定位原理图。为了便于对本实施例中的定位***的定位原理进行说明，图2中示出了电动汽车的侧视图，图3中虽未示出电动汽车，但是示出了处于对齐位置的换电小车以便于对第一定位点和第二定位点的的位置进行展示。请参见图1至图3，换电站能够为电动汽车6提供换电服务，在换电过程中，通常是电动汽车6驶入换电站并停在换电平台5上，换电平台5用于为电动汽车6提供停车和换电场所，并且，换电平台5具有工作孔，该工作孔位于定好位的电动汽车6的下方，以便于换电小车6通过工作孔对电动汽车6进行换电。
电动汽车6的底盘包括至少两个标记物，为了简化说明，本发明中的实施例是以电动汽车的底盘上包括两个标记物进行说明的。为了便于说明，这两个标记物分别称为第一标记物a和第二标记物b。其中，第一标记物a与第一定位点A对应，第二标记物b与第二定位点B对应。而换电小车上设置有与第一定位点A匹配的第一匹配点A1和与第二定位点B匹配的第二匹配点B1。需要说明的是，本发明中所说的匹配点仅是换电小车上的一个确定的位置，并不一定是实际标记在换电小车上的点。需要说明的是，图3中为了清楚的表述标记物、定位点和匹配点的相对位置关系，是将标记物绘制在了换电小车的相应位置，并且，为了便于表述将换电小车的当前位置和理想位置绘制在了同一附图中。
本实施例提供的定位***包括图像采集器1、图像处理器2和调整模块3。其中，
图像采集器1被配置为对电动汽车6的底盘进行图像采集以获得当前位置图像。当前位置图像包括第一定位点A和/或第二定位点B所成的像。当前位置图像是指定位点与匹配点处于当前的位置关系情况下所采集的图像。需要说明的是，由于图像采集器的个数不同以及图像采集器设置的采集角度不同，当前位置图像中包括的定位点的个数不同。
图像处理器2与图像采集器1通信连接，并且图像处理器2被配置为对当前位置图像进行处理以获得当前相对位置与理想相对位置之间的当前偏移量。当前偏移量分为第一偏移量和第二偏移量，其中，第一偏移量为第一匹配点A1与第一定位点A之间的当前偏移量，第二偏移量为第二匹配点B1与第二定位点B之间的当前偏移量。需要说明的是，理想位置图像为定好位时图像采集器对电动汽车的底盘进行图像采集所获得的图像，理想位置图像与车型有关，也就是同一车型的所有车辆在定好位时，图像采集器采集到的图像都应是一致的，因此，理想位置图像是可以预先获取的。
调整模块3与图像处理器2通讯连接，并且调整模块被配置为根据第一偏移量控制换电小车4移动以使第一匹配点A1与第一定位点A对齐，调整模块根据第二偏移量控制换电小车4以第一匹配点为圆心A1进行转动以使第二匹配点B1与第二定位点B对齐。
基于该定位***，本实施例还提供了一种换电站中的视觉定位方法，图4为本发明实施例中的一种换电站中的视觉定位方法的流程图。请参见图4，该定位方法包括如下步骤：
步骤S101：图像采集器对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像。
步骤S102：图像处理器对当前位置图像进行处理以获得当前相对位置与理想相对位置之间的当前偏移量，当前偏移量分为第一偏移量和第二偏移量，其中，第一偏移量为第一匹配点与第一定位点之间的当前偏移量，第二偏移量为第二匹配点与第二定位点之间的当前偏移量。
步骤S103：调整模块根据第一偏移量控制换电小车移动以使第一匹配点与第一定位点对齐。
步骤S104：调整模块根据第二偏移量控制换电小车以第一匹配点为圆心进行转动以使第二匹配点与第二定位点对齐。
本实施例提供的换电站中的视觉定位***及方法，通过对采集到的当前位置图像进行处理的方式来获取当前偏移量，相较于PSD(Position Sensitive Detector)测距方法、激光定位等方法，视觉定位方式的精度较高；调整模块控制换电小车移动使第一匹配点与第一定位点对齐，并且控制换电小车以第一匹配点为圆心进行转动以使第二匹配点与第二定位点对齐，使得对换电小车的运动的控制更为简单，因此有利于提高对换电小车的控制精度，从而进一步提高换电小车与电动汽车的精准定位；仅用两个定位点即可实现精准定位，使得数据处理量也较小，有利于提高换电小车与电动汽车之间的定位效率。
请进一步参见图1和图2，通常情况下，电动汽车5的底盘上安装有动力电池601，标记物设置在动力电池601上。如此设计，一方面不必对电动汽车进行改装，另一方面由于动力电池通常是提供换电服务的公司或者机构提供的，将标记物固定在动力电池上，可以进行统一设置，使得各电动汽车的两个定位点都处于固定的位置，以便于在换电站内进行定位。优选地，第一定位点A和第二定位点B在电动汽车6的长度方向上对齐，或者第一定位点A和第二定位点B在电动汽车6的宽度方向上对齐。由于换电小车靠近电动汽车的这一段行车路线通常是与电动汽车的长度方向或者宽度方向是平行的，因此，如此设置第一定位点和第二定位点的位置，换电小车更容易实现第一定位点的对齐。
请继续参见图1和图2，图像采集器1包括第一图像采集器和第二图像采集器，第一图像采集器和第二图像采集器安装在换电小车4上，其中，第一图像采集器用于对第一标记物进行图像采集以获得第一当前位置图像，第二图像采集器用于对第二标记物进行图像采集以获得第二当前位置图像；图像处理器2被配置为对第一当前位置图像进行处理以获得第一偏移量，对第二当前位置图像处理以获得第二偏移量。通过每个标记物采用不同的图像采集器进行采集且每个图像采集器的位置不同的方式，能够使得采集到的当前位置图像中标记物的形变更小，有助于降低图像处理的难度并且提高图像处理的精度。更进一步地，可以将每个图像采集器中镜头中心作为匹配点，以进一步提高定位的精准度。
请继续参见图1和图3，调整模块3包括第一调整单元和第二调整单元，其中，第一调整单元根据第一偏移量控制换电小车4移动以使第一匹配点A1与第一定位点A对齐，第二调整单元根据第二偏移量控制换电小车以第一匹配点A1为圆心进行转动以使第二匹配点B1与第二定位点B对齐。设置模块包括两个调整单元有利于对换电小车的控制。
请继续参见图1，优选地，图像采集器1可以优选为摄像机或者相机。无论是连续能够连续采集图像的摄像机还是每次只能采集一张图像的相机，均可以实现对标记物的图像采集。
请继续参见图1，优选地，换电小车4可以为自动导引运输车或者有轨制导车辆。两者都可以按照预定的路线进行移动，需要说明的是，由于换电小车需要进行转动，因此自动导引运输车需要配置能够引导换电小车转动的相关导引路线；而有轨制导车辆需要设计能够转动的轨道段，通过情况下，在需要转动的轨道段下方设置转盘，即可实现换电小车在轨道上进行转动。
请继续参见图1，优选地，调整模块3可以设置在换电小车4上，以便于对换电小车的控制。
图5为本发明实施例中的一种标记物的结构示意图。请参见图1、图3和图5，在一些定位***中，标记物为动力电池的孔板602，定位点为孔板602的圆孔6021的圆心。在本实施例中，将孔板作为标记物，而孔板是动力电池上配件，以孔板作为标记物无需对动力电池进行改装。在本实施例中，图像处理器2被配置为对当前位置图像处理以获取当前偏移角度作为当前偏移量，其中，第一偏移量为第一偏移角度，第二偏移量为第二偏移角度，第一偏移角度为第一匹配点A1与第一定位点A之间的当前偏移角度，第二偏移角度为第二匹配点B1与第二定位点B之间的当前偏移角度。第一调整单元根据第一偏移角度控制换电小车以步进方式进行移动以使第一匹配点与第一匹配点对齐；第二调整单元根据第二偏移角度控制换电小车以第一匹配点为圆心以步进方式进行转动以使第二匹配点与第二定位点对齐。依据偏移角度以步进的方式进行调整能够实现电动汽车与换电平台之间以及换电小车与电动汽车之间的定位。需要说明的是，以步进的方式进行移动，在每次一步进之后都需要进行图像采集及处理，以判断是否对齐，如果对齐则停止调整，如果没有对齐则进一步进行调整直至完成定位。
基于标记物为孔板的定位***，本实施例还提供了一种换电站中的视觉定位方法，图6为本发明实施例中的另一种换电站中的视觉定位方法的流程图。请参见图6，该定位方法包括如下步骤：
步骤S201：图像采集器对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像。
步骤S202：图像处理器对当前位置图像处理以获取当前偏移角度作为当前偏移量，其中，第一偏移量为第一偏移角度，第二偏移量为第二偏移角度，其中，第一偏移角度为第一匹配点A1与第一定位点A之间的当前偏移角度，第二偏移角度为第二匹配点B1与第二定位点B之间的当前偏移角度。
步骤S203：第一调整单元根据第一偏移角度控制换电小车以步进方式进行移动以使第一匹配点与第一匹配点对齐。
步骤S204：第二调整单元根据第二偏移角度控制换电小车以第一匹配点为圆心以步进方式进行转动以使第二匹配点与第二定位点对齐。
进一步地，图像处理器2被配置为按照如下方法执行步骤S202以计算当前偏移角度。图7为本发明实施例中的步骤S202的流程图。请参见图7，计算当前偏移角度的方法包括如下步骤：
步骤S2021：在当前位置图像中找到孔板的圆孔所成的像，并获取当前位置图像中孔板的圆孔所成的像的圆心。图8为本发明实施例中的一种当前位置图像的示意图。请参见图8，需要说明的是，图7中示出理想位置图像中的圆形O1仅是为了便于说明，而实际上，圆形O1和圆形O2应处于不同的图像中。
步骤S2022：将当前位置图像中孔板的圆孔所成的像与理想位置图像中孔板的圆孔所成的像进行匹配。理想位置图像为第一匹配点与第一定位点和/或第二匹配点与第二定位点处于对齐状态下图像采集器对电动汽车的底盘采集的图像。请继续参见图8，图8中采用虚线表述的圆形O1为理想位置图像中孔板的圆孔所成的像。
步骤S2023：若匹配结果满足精度要求则为对齐，若匹配结果不满足精度要求则将当前位置图像中的圆形的圆心与理想位置图像中圆形的圆心的坐标之差作为位置差(Δx，Δy)，并以arctan(Δy/Δx)作为当前偏移角度。具体地，请继续参见图8，如果设圆心O1的坐标为(a1，b1)，设圆心O2的坐标为(a2，b2)，则Δx＝a1-a2，Δy＝b1-b2，因此，能够计算出精确的当前偏移方向，并根据该当前偏移方向进行步进操作，此时可以将步进的幅度调大以便减少图像采集以及调整的次数，从而提升定位速度并且降低图像处理的负荷。
进一步地，图像处理模块2被配置为按照如下方法执行步骤S2021以计算当前偏移角度。图9为本发明实施例中的步骤S202的流程图。请参见图9，“在当前位置图像中找到孔板的圆孔所成的像，并获取当前位置图像中孔板的圆孔所成的像的圆心”的步骤包括：
步骤S20211：在当前位置图像中查找闭合曲线。在本发明中，查找闭合曲线的方法是目标曲线上的任意一点M都有两个点与点M的距离最小。需要说明的是，点M仅是代表目标曲线上的任意一点，当目标曲线上存在点M仅有一个点与点M的距离最小。
步骤S20212：判断闭合曲线是否为满足精度要求下的圆形，精度要求是将闭合曲线按照圆的定义拟合出圆及圆心，并计算出闭合曲线上所有的点到拟合出的圆心的距离，若该距离的标准差σ≦kR，则认为该闭合曲线是满足精度要求下的圆形，其中，R为拟合出的圆的半径。需要说明的是，根据不同的定位精度要求，k可以选取不同的值，在现有的精度要求下，k大致等于0.05，也就是σ≦0.05R时，即认为这个圆为符合精度要求的圆。
步骤S20213：如果得到的满足精度要求下的闭合曲线为一条，则将该闭合曲线作为孔板的圆孔在当前位置图像中所成的像；如果得到的满足精度要求下的闭合曲线为0条，则更改精度要求，判断闭合曲线是否为满足新的精度要求下的圆形；如果得到的满足精度要求下的闭合曲线至少为两条，则将该至少两条闭合曲线中标准差σ最小的一条闭合曲线作为孔板的圆孔在当前位置图像中所成的像。需要说明的是，新的精度要求为：闭合曲线上至少w％的点的标准差σ≦kR则闭合曲线是精度要求下的圆形，其中，w可以根据具体情况进行调整，例如，闭合曲线上至少75％的点的标准差σ≦kR则闭合曲线是精度要求下的圆形。
步骤S20214：将选择出的闭合曲线的中心作为当前位置图像中圆孔所成的像的圆心。
在本实施例中，调整精度要求是因为在拍摄时可能出现阴影或者污渍使得当前位置图像中的孔板的圆孔无法呈现为完整的圆形，而调整精度后即使出现阴影或者污渍也能够找到孔板的圆孔所成的像，因此，该方法具有较强的适应性。
图10为本发明实施例中的一种模板图形的结构示意图。请参见图1、图3和图10，标记物包括模板图形603和与模板图像对应的对比部件，其中，模板图形603包括多个大小相同的正方形格子6031，在一些具体的实施方式中，格子6031沿行方向和列方向排布且相邻的格子的颜色不同，当然，格子6031的排布方式也可以有所不同，本发明对此不作限制。定位点为模板图形603中的任一格子6031的顶点，对比部件包括圆形部分或者圆孔，在垂直于电动汽车底盘的方向上，对比部件在电动汽车的底盘上的正投影位于其所对应的模板图形内。如此设置，可以将模板图形作为参照，以便于提高偏移量的计算精度。
在本实施例中，第一偏移向量为第一偏移向量，第二偏移量为第二偏移向量，其中，第一偏移向量为第一匹配点a1与第一定位点a之间的当前偏移向量，第二偏移向量为第二匹配点b1与第二定位点b之间的当前偏移向量；第一调整模块根据第一偏移向量控制电动汽车与换电平台在第一方向上相对移动，以使电动汽车与换电平台在第一方向上对齐；第二调整模块根据二偏移向量控制电动汽车与换电小车在第二方向上相对移动，以使换电小车与电动汽车对齐。在本实施例中，直接计算偏移向量，降低了图像处理的运算量，依据偏移向量一次性完成电动汽车与换电平台或者换电小车与电动汽车之间的定位，能够更快地完成定位。
基于标记物包括模板图形603和对比部件的定位***，本实施例还提供了一种换电站中的视觉定位方法，图11为本发明实施例中的另一种换电站中的视觉定位方法的流程图。请参见图11，该定位方法包括如下步骤：
步骤S301：图像采集器对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像。
步骤S302：图像处理器对当前位置图像处理以获取当前偏移向量作为当前偏移量，其中，第一偏移向量为第一偏移向量，第二偏移量为第二偏移向量，第一偏移向量为第一匹配点A1与第一定位点A之间的当前偏移向量，第二偏移向量为第二匹配点B1与第二定位点B之间的当前偏移向量。
步骤S303：第一调整模块根据第一偏移向量控制换电小车进行移动以使第一匹配点与第一匹配点对齐
步骤S304：第二调整模块根据二偏移向量控制换电小车以第一匹配点为圆心进行转动以使第二匹配点与第二定位点对齐。
进一步地，图像处理器2被配置为按照如下方法执行步骤S302以计算当前偏移角度。图12为本发明实施例中的步骤S302的流程图。请参见图12，计算当前偏移角度的方法包括如下步骤：
步骤S3021：获取当前位置图像中格子的边长作为第一边长，获取理想位置图像中格子的边长作为第二边长，将第二边长与第一边长的比值作为校正系数。需要说明的是，格子的边长是指图像(当前位置图像或者理想位置图像)中所有格子的平均边长。
步骤S3022：对当前位置图像进行处理以获取当前位置图像中的圆形的圆心作为基础坐标，并将基础坐标乘以校正系数作为校正坐标。通过校正系数对基础坐标进行校正，校正后的基础坐标即为基础坐标在理想位置图像中的坐标。
步骤S3023：将校正坐标与标准坐标之差作为当前偏移向量，其中，标准坐标为理想位置图像中圆形的圆心的坐标。
本实施例中，通过对当前位置图像中的圆形的圆心坐标进行校正，能够校正因图像采集器的拍摄位置及拍摄角度引起的图像的形变，提高定位精度。
进一步地，图13为本发明实施例中的一种步骤S202的流程图。对于步骤S202中“对当前位置图像进行处理以获取当前位置图像中圆形的圆心”的步骤包括：
步骤S2021：对当前位置图像进行模糊处理以获得模糊化的当前位置图像。模糊化处理的方式可以采用高斯模糊法或者其他可实现的模糊方法，对当前位置图像进行模糊化处理是为了降低图像中的噪音。当然，若采集到的图像为黑白图像则可直接进行模糊处理，若采集到的图像是彩色图像则可先进行灰度化处理以降低后期处理难度。
步骤S2022：在模糊化的当前位置图像上截取当前模板图像，当前模板图像包括圆形且当前模板图像是以特定长度为边长的正方形。为了保证截图后的圆形的完整性，特定边长应大于当前位置图像中圆形的直径，进一步地，为了减小后续找圆的范围，降低数据处理量，特定边长应尽量小于当前位置图像中圆形的直径的2倍。
步骤S2023：获取当前模板图像中圆形的边界。
步骤S2024：采用霍夫找圆法获取当前模板图像中圆形的圆心。
通过截取模板并通过霍夫找圆法来获取当前模板图像中圆形的圆心，不仅可以减小后续找圆的范围，降低数据处理量，同时保证了为了保证截图后圆形的完整性；而且找圆的方法较为简单，获得的圆心的坐标也较为准确。
为了解决上述技术问题，本实施例提供了一种换电站，该换电站包括上述任一项实施例中的换电站中基于视觉的定位***，具有上述任一项实施例中的换电站中基于视觉的定位***的有益效果，在此不再赘述。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换电站中基于视觉的定位***，其特征在于，电动汽车的底盘包括至少两个标记物，所述至少两个标记物包括第一标记物和第二标记物，其中，所述第一标记物对应第一定位点，所述第二标记物对应第二定位点；换电小车上设置有与所述第一定位点匹配的第一匹配点和与所述第二定位点匹配的第二匹配点，所述定位***包括：
图像采集器，其对电动汽车的底盘进行图像采集以获得当前位置图像；
图像处理器，其与所述图像采集器通信连接，并且被配置为对所述当前位置图像进行处理以获得当前相对位置与理想相对位置之间的当前偏移量，所述当前偏移量分为第一偏移量和第二偏移量，其中，所述第一偏移量为所述第一匹配点与第一定位点之间的当前偏移量，所述第二偏移量为所述第二匹配点与第二定位点之间的当前偏移量；
调整模块，其与所述图像处理器通信连接，所述调整模块根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述调整模块根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
2.根据权利要求1所述的定位***，其特征在于，所述图像采集器包括第一图像采集器和第二图像采集器；
所述第一图像采集器和所述第二图像采集器安装在所述换电小车上，其中，所述第一图像采集器用于对所述第一标记物进行图像采集以获得第一当前位置图像，所述第二图像采集器用于对所述第二标记物进行图像采集以获得第二当前位置图像；
所述图像处理器被配置为对所述第一当前位置图像进行处理以获得所述第一偏移量，对所述第二当前位置图像处理以获得所述第二偏移量。
3.根据权利要求2所述的定位***，其特征在于，所述调整模块包括第一调整单元和第二调整单元，其中，所述第一调整单元根据所述第一偏移量控制所述换电小车移动以使所述第一匹配点与所述第一定位点对齐，所述第二调整单元根据所述第二偏移量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
4.根据权利要求3所述的定位***，其特征在于，
所述电动汽车的底盘上安装有动力电池，所述标记物为所述动力电池上的孔板，所述定位点为所述孔板的圆孔的圆心；
所述第一偏移量为第一偏移角度，所述第二偏移量为第二偏移角度，其中，所述第一偏移角度为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移角度，所述第二偏移角度为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移角度；
所述第一调整单元根据所述第一偏移角度控制所述换电小车以步进方式进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；
所述第二调整单元根据所述第二偏移角度控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心以步进方式进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
5.根据权利要求4所述的定位***，其特征在于，所述图像处理模块被配置为按照如下方法计算所述当前偏移角度：
在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心；
将所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像与所述理想位置图像中所述孔板的圆孔所成的像进行匹配；
若匹配结果满足精度要求则为对齐，若匹配结果不满足精度要求则将所述当前位置图像中的圆形的圆心与所述理想位置图像中圆形的圆心的坐标之差作为位置差(Δx，Δy)，并以arctan(Δy/Δx)作为所述当前偏移角度。
6.根据权利要求5所述的定位***，其特征在于，所述图像处理模块被配置为按照如下方法执行“在所述当前位置图像中找到所述孔板的圆孔所成的像，并获取所述当前位置图像中所述孔板的圆孔所成的像的圆心”这一步骤：
在所述当前位置图像中查找闭合曲线；
判断所述闭合曲线是否为满足精度要求下的圆形，精度要求是将所述闭合曲线按照圆的定义拟合出圆及圆心，并计算出所述闭合曲线上所有的点到拟合出的圆心的距离，若该距离的标准差σ≦kR，则认为该闭合曲线是满足所述精度要求下的圆形，其中，R为拟合出的圆的半径；
如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为一条，则将该闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线为0条，则更改所述精度要求，判断所述闭合曲线是否为满足新的精度要求下的圆形；如果得到的满足精度要求下的所述闭合曲线至少为两条，则将该至少两条所述闭合曲线中标准差σ最小的一条闭合曲线作为所述孔板的圆孔在所述当前位置图像中所成的像；
将选择出的所述闭合曲线的中心作为所述当前位置图像中所述圆孔所成的像的圆心。
7.根据权利要求3所述的定位***，其特征在于，
所述标记物包括模板图形和与所述模板图像对应的对比部件，其中，所述模板图形包括多个大小相同的正方形格子，所述定位点为所述模板图形中的任一所述格子的顶点，所述对比部件包括圆形部分或者圆孔，在垂直于所述电动汽车底盘的方向上，所述对比部件在所述电动汽车的底盘上的正投影位于其所对应的所述模板图形内；
所述第一偏移向量为第一偏移向量，所述第二偏移量为第二偏移向量，其中，所述第一偏移向量为所述第一匹配点与所述第一定位点之间的当前偏移向量，所述第二偏移向量为所述第二匹配点与所述第二定位点之间的当前偏移向量；
所述第一调整模块根据所述第一偏移向量控制所述换电小车进行移动以使所述第一匹配点与所述第一匹配点对齐；
所述第二调整模块根据所述二偏移向量控制所述换电小车以所述第一匹配点为圆心进行转动以使所述第二匹配点与所述第二定位点对齐。
8.根据权利要求7所述的定位***，其特征在于，所述图像处理模块被配置为按照如下方法计算所述当前偏移向量：
获取当前位置图像中所述格子的边长作为第一边长，获取理想位置图像中所述格子的边长作为第二边长，将所述第二边长与所述第一边长的比值作为校正系数；
对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中的圆形的圆心作为基础坐标，并将所述基础坐标乘以所述校正系数作为校正坐标；
将所述校正坐标与标准坐标之差作为所述当前偏移向量，其中，所述标准坐标为理想位置图像中圆形的圆心的坐标。
9.根据权利要求8所述的定位***，其特征在于，所述图像处理器被配置为按照如下方法执行“对所述当前位置图像进行处理以获取所述当前位置图像中圆形的圆心”这一步骤：
对所述当前位置图像进行模糊处理以获得模糊化的当前位置图像；
在所述模糊化的当前位置图像上截取当前模板图像，所述当前模板图像包括所述圆形且所述当前模板图像是以特定长度为边长的正方形；
获取所述当前模板图像中所述圆形的边界；
采用霍夫找圆法获取所述当前模板图像中所述圆形的圆心。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的定位***，其特征在于，
所述调整模块设置在所述换电小车上。
CN201811038852.4A 2018-09-06 2018-09-06 换电站中的视觉定位***及定位方法 Active CN109584200B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811038852.4A CN109584200B (zh) 2018-09-06 2018-09-06 换电站中的视觉定位***及定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811038852.4A CN109584200B (zh) 2018-09-06 2018-09-06 换电站中的视觉定位***及定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109584200A true CN109584200A (zh) 2019-04-05
CN109584200B CN109584200B (zh) 2023-08-04

Family

ID=65919803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811038852.4A Active CN109584200B (zh) 2018-09-06 2018-09-06 换电站中的视觉定位***及定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109584200B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021228258A1 (zh) * 2020-05-15 2021-11-18 奥动新能源汽车科技有限公司 电池包取出控制方法和电池包安装控制方法
CN113665407A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 奥动新能源汽车科技有限公司 换电设备的换电控制方法以及换电设备
CN113665403A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 奥动新能源汽车科技有限公司 用于换电站的换电方法
CN113895289A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 奥动新能源汽车科技有限公司 换电设备的定位方法及***、换电方法及***
CN113895293A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 奥动新能源汽车科技有限公司 取放电池包的控制方法
CN113982276A (zh) * 2021-11-03 2022-01-28 广东天凛高新科技有限公司 现浇墙体机器人精确定位方法及装置
CN116424279A (zh) * 2023-06-13 2023-07-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种姿态调整方法、姿态调整装置、控制设备及存储介质
WO2024055710A1 (zh) * 2022-09-14 2024-03-21 蔚来汽车科技(安徽)有限公司 换电控制方法及***、计算机设备、计算机可读存储介质
WO2024114656A1 (zh) * 2022-12-01 2024-06-06 奥动新能源汽车科技有限公司 一种换电设备定位方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104417382A (zh) * 2013-08-30 2015-03-18 国家电网公司 视觉定位***
CN104973024A (zh) * 2014-04-04 2015-10-14 浙江瓿达科技有限公司 一种基于视觉定位方法的电动汽车换电***
CN105000001A (zh) * 2015-07-28 2015-10-28 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种电动乘用车底盘电池更换***及换电方法
CN105539384A (zh) * 2016-01-06 2016-05-04 贵州恒晋科技有限公司 一种自动更换电动汽车动力电池的装置
KR20160092733A (ko) * 2015-01-28 2016-08-05 중소기업은행 전기자동차의 배터리 교환 시스템 및 방법
CN206086673U (zh) * 2016-10-15 2017-04-12 南通中远重工有限公司 电动汽车电池更换***
CN107264486A (zh) * 2017-05-18 2017-10-20 上海蔚来汽车有限公司 视觉定位换电方法及***

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104417382A (zh) * 2013-08-30 2015-03-18 国家电网公司 视觉定位***
CN104973024A (zh) * 2014-04-04 2015-10-14 浙江瓿达科技有限公司 一种基于视觉定位方法的电动汽车换电***
KR20160092733A (ko) * 2015-01-28 2016-08-05 중소기업은행 전기자동차의 배터리 교환 시스템 및 방법
CN105000001A (zh) * 2015-07-28 2015-10-28 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种电动乘用车底盘电池更换***及换电方法
CN105539384A (zh) * 2016-01-06 2016-05-04 贵州恒晋科技有限公司 一种自动更换电动汽车动力电池的装置
CN206086673U (zh) * 2016-10-15 2017-04-12 南通中远重工有限公司 电动汽车电池更换***
CN107264486A (zh) * 2017-05-18 2017-10-20 上海蔚来汽车有限公司 视觉定位换电方法及***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
燕小强: "基于机器视觉的全自动换电机器人定位***", 计算机***应用, vol. 24, no. 9, pages 234 - 239 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113665407A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 奥动新能源汽车科技有限公司 换电设备的换电控制方法以及换电设备
CN113665403A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 奥动新能源汽车科技有限公司 用于换电站的换电方法
CN113665403B (zh) * 2020-05-15 2024-01-19 奥动新能源汽车科技有限公司 用于换电站的换电方法
WO2021228258A1 (zh) * 2020-05-15 2021-11-18 奥动新能源汽车科技有限公司 电池包取出控制方法和电池包安装控制方法
CN113895289B (zh) * 2020-07-06 2023-08-25 奥动新能源汽车科技有限公司 换电设备的定位方法及***、换电方法及***
CN113895289A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 奥动新能源汽车科技有限公司 换电设备的定位方法及***、换电方法及***
CN113895293A (zh) * 2020-07-06 2022-01-07 奥动新能源汽车科技有限公司 取放电池包的控制方法
CN113982276B (zh) * 2021-11-03 2023-03-14 广东天凛高新科技有限公司 现浇墙体机器人精确定位方法及装置
CN113982276A (zh) * 2021-11-03 2022-01-28 广东天凛高新科技有限公司 现浇墙体机器人精确定位方法及装置
WO2024055710A1 (zh) * 2022-09-14 2024-03-21 蔚来汽车科技(安徽)有限公司 换电控制方法及***、计算机设备、计算机可读存储介质
WO2024114656A1 (zh) * 2022-12-01 2024-06-06 奥动新能源汽车科技有限公司 一种换电设备定位方法
CN116424279A (zh) * 2023-06-13 2023-07-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种姿态调整方法、姿态调整装置、控制设备及存储介质
CN116424279B (zh) * 2023-06-13 2023-11-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种姿态调整方法、姿态调整装置、控制设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN109584200B (zh) 2023-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109584200A (zh) 换电站中的视觉定位***及定位方法
CN109532779A (zh) 换电站中的视觉定位***及定位方法
CN106338245B (zh) 一种工件非接触移动测量方法
US9134127B2 (en) Determining tilt angle and tilt direction using image processing
CN109782770B (zh) 一种割草机自主充电的方法
CN106996777B (zh) 一种基于地面图像纹理的视觉导航方法
CN104200086A (zh) 宽基线可见光相机位姿估计方法
US20150207987A1 (en) Systems and Methods for Tracking Location of Movable Target Object
CN107264486A (zh) 视觉定位换电方法及***
CN111650598A (zh) 一种车载激光扫描***外参标定方法和装置
CN109141402B (zh) 一种基于激光栅格的定位方法以及机器人自主充电方法
CN110736447B (zh) 一种集成式图像采集设备竖直方向水平位置检校方法
CN108445882A (zh) 具有跟踪功能的自动导引车
CN106125738A (zh) 一种基于agv的货架识别装置及方法
CN110706286A (zh) 一种基于地面标识格的车辆定位方法、定位***及车辆
CN107741233A (zh) 一种三维室外地图的构建方法
CN115760999B (zh) 一种基于gis辅助的单目相机校准和目标地理位置提取方法
WO2023060511A1 (zh) 确定电池箱的位置的方法及拆换电池箱的方法
CN105157564A (zh) 一种网架单元拼装精度快速自动化摄影测量方法
CN106712313B (zh) 一种基于无线充电***的智能定位装置及方法
CN112598756B (zh) 路边传感器标定方法、装置和电子设备
CN105758411A (zh) 一种基于车载摄像头提升车载gps定位精度的***和方法
CN112530010A (zh) 数据获取方法和***
CN111426304A (zh) 基于视觉、卫星定位和gis算法的精确姿态定位方法
CN110244717A (zh) 基于既有三维模型的港口起重机攀爬机器人自动寻路方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200921

Address after: Susong Road West and Shenzhen Road North, Hefei Economic and Technological Development Zone, Anhui Province

Applicant after: Weilai (Anhui) Holding Co.,Ltd.

Address before: 30 Floor of Yihe Building, No. 1 Kangle Plaza, Central, Hong Kong, China

Applicant before: NIO NEXTEV Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant