CN109613472A - 一种用于室内无轨导航的红外顶标及其识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动控制技术领域，提供了一种用于室内无轨导航的红外顶标及其识别方法，方法包括：S1、查找当前区域内的最大尺寸标记点，记为第一相对位姿标记点O¹；S2、两次查找当前区域内的最小尺寸标记点，检测两个最小尺寸标记点是否为均标记点二，若检测结果为是，将所述两个尺寸最小的标记点作为第二相对位姿标记点A¹和第三相对位姿标记点B¹；S3、以第一相对位姿标记点O¹为坐标原点，检测向量O¹A¹是否为Y轴，若检测结果为是，则将向量O¹A¹是否为Y轴，向量O¹B¹作为X轴，若检测结果为否，则将向量O¹A¹是否为X轴，向量O¹B¹是否为Y轴；S4、计算剩余标记点在该直角坐标系中的坐标。充分利用红外顶标的面积，增加了ID计数标记点的数目。

Description

一种用于室内无轨导航的红外顶标及其识别方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，提供了一种用于室内无轨导航的红外顶标及其识别方法。

背景技术

室内移动机器人的导航方法根据是否有需要铺设轨道可分为：有轨导航和无轨导航。以磁导轨(或磁钉)为代表的有轨导航虽然原理简单、易控制，但其路径固定，灵活性不够。无轨导航常用的有惯性导航、激光SLAM、视觉SLAM以及路标导航等。其中惯性导航到后期累计误差较大，激光SLAM设备成本较高且抗干扰能力较弱，视觉SLAM对场景特征要求较高且场景不能频变(即可靠性较低)。路标导航又法可分为自然路标模式和人工路标模式，其中自然路标导航计算复杂、鲁棒性不强、实时性较。人工路标中较为典型的为可视化标签，而其又可分为自然光环境下和红外光环境下两种模式。其中，自然光环境模式容易受到光亮度的影响，可靠性低。而红外光下的可视化标签通常为红外发光装置或红外反光材料，且在采集图像的镜头前加上一层红外带通滤片，是的相机能够捕捉环境中特定波长的路标信息，这种方式可以大大降低室内其他光线的干扰，可靠性较高。

用于导航定位的红外标签包含两种信息标记点：相对位姿标记点和ID计数标记点。其中，相对位姿标记点用于计算机器人与该标签的相对位姿坐标，而ID计数标记点用于计算该标签的身份信息(每个标签具有唯一ID，并对应一个具体绝对位姿坐标)，二者结合即可计算出机器人的绝对位姿坐标。目前已出现的类似红外顶标定位方法有：韩国Stargazer的等尺寸三点法，如图1所示，等尺寸三点法是提取标签中构成直角坐标系的三个坐标点作为相对位姿标记点，图1中灰色圆圈，该标签中所有的反光圆片都是同尺寸的，为了确定原点，需满足非中心对称性，正方形标签的一个角处没有反光圆片，但同样导致ID计数标记点少一个，即标签ID种类直接减半。

发明内容

本发明实施例提供一种用于室内无轨导航的红外顶标，在保证红外顶标中的相对位姿信息被有效读取的同时，尽可能多的增加ID计数标记点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于室内无轨导航的红外顶标，该红外顶标包括：

底板，采用非反光材料制成，在底板上设有标记点，标记点采用反光材料制成，中心呈M*M等距网格分布；

一个边角上的标记点为标记点一，标记点一的尺寸为尺寸一，该边角的两相邻边角上的标记点为标记点二，标记点二的尺寸为尺寸二，其余位置的标记点为标记点三，标记点三的尺寸为尺寸三，标记点一及标记点二构成相对位姿标记点，标记点三为ID计数标记点，采用ID计数进行标识。

进一步的，标记点一的尺寸大于标记点三的尺寸，标记点三的尺寸大于标记点二的尺寸。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于室内无轨导航的红外顶标的识别方法，所述方法包括如下步骤：

S1、查找当前区域内的最大尺寸标记点，记为第一相对位姿标记点O¹；

S2、两次查找当前区域内的最小尺寸标记点，检测两个最小尺寸标记点是否为均标记点二，若检测结果为是，将所述两个尺寸最小的标记点作为第二相对位姿标记点A¹和第三相对位姿标记点B¹；

S3、以第一相对位姿标记点O¹为坐标原点，检测向量O¹A¹是否为Y轴，若检测结果为是，则将向量O¹A¹是否为Y轴，向量O¹B¹作为X轴，若检测结果为否，则将向量O¹A¹是否为X轴，向量O¹B¹是否为Y轴；

S4、计算剩余标记点在该直角坐标系中的坐标，剩余标记点即为ID计数标记点。

进一步的，在步骤S1之前还包括：

S5、提取各个区域的标记点，检测该区域内的标记点数量是否位于设定的数量区间，若检测结果为是，则执行步骤S1。

进一步的，最小尺寸标记点是否为标记点二的判断方法如下：

S31、检测最小尺寸标记点距最大尺寸标记点的距离是否位于距离设定区间，若检测结果为是，执行步骤S32，若检测结果为否，则当前的最小尺寸标记点不是标记点二；

S32、检测最大尺寸标记点与最小尺寸标记点间的尺寸比例是否位于尺寸比例设定区间，若检测结果为是，则将最小尺寸标记点记为标记点二，若检测结果为否，则当前的最小尺寸标记点不是标记点二。

进一步的，向量O¹A¹是否为Y轴的检测方法具体如下：

将向量O¹A¹顺时针旋转90度，或逆时针旋转270度，检测向量O¹A¹是否与向量O¹B¹重合，若重合，则向量O¹A¹为Y轴，否则向量O¹A¹是否为X轴。

本发明提供的用于室内无轨导航的红外顶标具有如下有益技术效果：

1.由于相对位姿标记点具有非中心对称性，不会被ID计数标记点干扰，保证了标签的位置信息可以被有效读取，并用于准确计算机器人的位姿；

2.充分利用了红外顶标的面积，尽可能的增加ID计数标记点的数目，即增加了标签可编码的数目，每增加一个ID标记点，ID可编码数目翻倍。

附图说明

图1为本发明实施例提供的等尺寸三点红外顶标的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的红外传感器扫描过程的示意简图；

图3为本发明实施例提供的非等尺寸三点定位红外顶标的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的非等尺寸三点定位红外顶标的识别方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

红外顶标(按照一定距离贴在天花板上，各红外顶标间的距离远大于红外顶标中标识点间的距离，红外传感器(配有红外光源)竖直向上的固定于移动机器人的顶部上，传感器的视野中至少存在一个红外顶标，如图2所示；

本发明采用的是非等尺寸的红外顶标，原点所在标记点的尺寸最大，与之相邻的两个相对位姿标记点尺寸最小，ID计数标记点的尺寸位于最大尺寸与最下尺寸之间，基于非等尺寸来构成非中心对称，无需在边角处缺设，因此增加了ID计数标记点的数目。

图3为本发明实施例提供的非等尺寸三点定位红外顶标的结构示意图，为了便于说明，仅示出于本发明实施例先关的部分。

该红外顶标包括：

底板，采用非反光材料制成，在底板上设有标记点，标记点采用反光材料制成，中心呈M*M等距网格分布；

一个边角上的标记点为标记点一，标记点一的尺寸为尺寸一，该边角的两相邻边角上的标记点为标记点二，标记点二的尺寸为尺寸二，其余位置的标记点为标记点三，标记点三的尺寸为尺寸三，标记点一及标记点二构成相对位姿标记点，标记点三为ID计数标记点，采用ID计数进行标识。

为了便于识别，标记点一的尺寸采用最大尺寸或最小尺寸，标记点一的尺寸大于标记点三的尺寸，标记点三的尺寸大于标记点二的尺寸。

图4为本发明实施例提供的非等尺寸三点定位红外顶标的识别方法流程图，该方法包括如下步骤：

S1、提取各个区域的标记点，检测该区域内的标记点数量是否位于设定的数量区间，若检测结果为是，则执行步骤S2；

在本发明实施例中，数量区间表示为(4，M²),以3*3矩阵为例进行说明，若标记点数量小于4或大于9，则认定所述区域读取失败，以4*4矩阵为例进行说明，若标记点数量小于4或大于16，则认定所述区域读取失败。

在本发明实施例中，通过聚类来对图像进行分区，位于同一团(区域)内的标记点，需要满足两两标记点间的距离均小于距离阈值。

S2、查找当前区域内的最大尺寸标记点，记为第一相对位姿标记点O¹；

S3、两次查找当前区域内的最小尺寸标记点，检测两个最小尺寸标记点是否为均标记点二，若检测结果为是，将所述两个尺寸最小的标记点作为第二相对位姿标记点A¹和第三相对位姿标记点B¹，并执行步骤S4，若检测结果为否，则当前定位红标读取失败；

在本发明实施例中，最小尺寸标记点是否为标记点二的判断方法如下：

S31、检测最小尺寸标记点距最大尺寸标记点的距离是否位于距离设定区间，若检测结果为是，执行步骤S32，若检测结果为否，则当前的最小尺寸标记点不是标记点二；

S32、检测最大尺寸标记点与最小尺寸标记点间的尺寸比例是否位于尺寸比例设定区间，若检测结果为是，则将最小尺寸标记点记为标记点二，若检测结果为否，则当前的最小尺寸标记点不是标记点二。

S4、以第一相对位姿标记点O¹为坐标原点，检测向量O¹A¹是否为Y轴，若检测结果为是，则将向量O¹A¹是否为Y轴，向量O¹B¹作为X轴，若检测结果为否，则将向量O¹A¹是否为X轴，向量O¹B¹是否为Y轴，建立当前红外顶标的直角坐标系；

在本发明实施例中，向量O¹A¹是否为Y轴的检测方法具体如下：

将向量O¹A¹顺时针旋转90度，或逆时针旋转270度，检测向量O¹A¹是否与向量O¹B¹重合，若重合，则向量O¹A¹为Y轴，否则向量O¹A¹是否为X轴。

S5、计算剩余标记点在该直角坐标系中的坐标，剩余标记点即为ID计数标记点。

本发明提供的用于室内无轨导航的红外顶标具有如下有益技术效果：

1.由于相对位姿标记点具有非中心对称性，不会被ID计数标记点干扰，保证了标签的位置信息可以被有效读取，并用于准确计算机器人的位姿；

2.充分利用了红外顶标的面积，尽可能的增加ID计数标记点的数目，即增加了标签可编码的数目，每增加一个ID标记点，ID可编码数目翻倍。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于室内无轨导航的红外顶标，其特征在于，所述红外顶标包括：

底板，采用非反光材料制成，在底板上设有标记点，标记点采用反光材料制成，中心呈M*M等距网格分布；

一个边角上的标记点为标记点一，标记点一的尺寸为尺寸一，该边角的两相邻边角上的标记点为标记点二，标记点二的尺寸为尺寸二，其余位置的标记点为标记点三，标记点三的尺寸为尺寸三，标记点一及标记点二构成相对位姿标记点，标记点三为ID计数标记点，采用ID计数进行标识。

2.如权利要求1所述用于室内无轨导航的红外顶标，其特征在于，标记点一的尺寸大于标记点三的尺寸，标记点三的尺寸大于标记点二的尺寸。

3.一种权利要求2所述用于室内无轨导航的红外顶标识别方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、查找当前区域内的最大尺寸标记点，记为第一相对位姿标记点O¹；

S2、两次查找当前区域内的最小尺寸标记点，检测两个最小尺寸标记点是否为均标记点二，若检测结果为是，将所述两个尺寸最小的标记点作为第二相对位姿标记点A¹和第三相对位姿标记点B¹；

S3、以第一相对位姿标记点O¹为坐标原点，检测向量O¹A¹是否为Y轴，若检测结果为是，则将向量O¹A¹是否为Y轴，向量O¹B¹作为X轴，若检测结果为否，则将向量O¹A¹是否为X轴，向量O¹B¹是否为Y轴；

S4、计算剩余标记点在该直角坐标系中的坐标，剩余标记点即为ID计数标记点。

4.如权利要求3所述用于室内无轨导航的红外顶标识别方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：

S5、提取各个区域的标记点，检测该区域内的标记点数量是否位于设定的数量区间，若检测结果为是，则执行步骤S1。

5.如权利要求3所述用于室内无轨导航的红外顶标识别方法，其特征在于，最小尺寸标记点是否为标记点二的判断方法如下：

S31、检测最小尺寸标记点距最大尺寸标记点的距离是否位于距离设定区间，若检测结果为是，执行步骤S32，若检测结果为否，则当前的最小尺寸标记点不是标记点二；

S32、检测最大尺寸标记点与最小尺寸标记点间的尺寸比例是否位于尺寸比例设定区间，若检测结果为是，则将最小尺寸标记点记为标记点二，若检测结果为否，则当前的最小尺寸标记点不是标记点二。

6.如权利要求3所述用于室内无轨导航的红外顶标识别方法，其特征在于，向量O¹A¹是否为Y轴的检测方法具体如下：

将向量O¹A¹顺时针旋转90度，或逆时针旋转270度，检测向量O¹A¹是否与向量O¹B¹重合，若重合，则向量O¹A¹为Y轴，否则向量O¹A¹是否为X轴。