CN115824051A - 一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法及*** - Google Patents

一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法及*** Download PDF

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刘英山
辛宁
曹拥华
李展
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Abstract

本发明涉及重卡电池定位管理技术领域，具体为一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法及***；包括在重卡电池的顶部横梁侧面位置上设置两个反光标签，存储两个反光标签中心点位置的间距值；对摄像头的镜头安装红外通光滤光片；操控摄像头在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；对第一目标图像做滤波处理，得到第二目标图像；根据提取到的各反光标签的中心点位置，计算摄像头和反光标签之间的相对坐标；控制机械臂根据相对坐标，移动到与反光标签的中心连线在一个平面上的位置上，再次拍摄照片；根据再次拍摄到的照片判定当前机械臂是否移动到位。

Description

一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法及***
技术领域
本发明涉及重卡电池定位管理技术领域，具体为一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法及***。
背景技术
目前想要实现对重卡电池进行视觉定位，大多采用激光测距的方法，这种方法通常需要通过安装在滑轨上的激光测距仪对电池边缘进行定位，然后再对电池位置进行计算，这种方法存在速度慢和精度低等缺点，且因为主要是通过对目标物体特征进行模式识别从而达到的视觉定位，因此容易出现因受到环境干扰而出错的现象，同时在这种方法下一旦出现标签易被遮挡，距离、角度不符合要求，对最终计算得到的电池位置精度影响都极高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法及***，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法，方法包括：
步骤S100：在重卡电池的顶部横梁侧面位置上设置两个反光标签，存储两个反光 标签中心点位置的间距值；对安装和拆卸重卡电池的机械臂安装摄像头，在摄像头周围安 装红外灯，设置红外灯
Figure DEST_PATH_IMAGE001
角斜向下照射反光标签；对摄像头的镜头安装红外通光滤 光片；
在本身方案中选择上述角度范围是因为在这个位置上可以用摄像头测量出电池的x,y,z以及水平转角数据，且对于x,z偏差和角度偏差有较高的敏感度；
步骤S200：操控摄像头在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；
步骤S300：对第一目标图像做滤波处理，得到第二目标图像，第二目标图像为二值化图像，在第二目标图像中反光标签处为1，其他地方为0，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取；
步骤S400：根据提取到的各反光标签的中心点位置，计算摄像头和反光标签之间的相对坐标；
步骤S500：控制机械臂根据相对坐标，移动到与反光标签的中心连线在一个平面上的位置上，再次拍摄照片；根据再次拍摄到的照片判定当前机械臂是否移动到位，如果还有偏差跳转步骤S200；
迭代的目的是规避误差带来的影响，因为在实际作业中误差的来源多样，其中包括摄像头视场的非线性畸变，空间透视原理引起的测量误差，机械臂的运动误差。
进一步的，基于图像识别算法提对各反光标签的特征信息进行提取，基于各特征信息在对应各反光标签中的方位和指向对各反光标签的中心点位置进行锁定并提取；
实际作业现场中，因为多粉尘、烟雾和雨水，所以标签容易出现不能全部识别的现象，对标签提取特征图像，基于特征图像获取标签的中心位置，避免出现因标签被遮挡或部分遮挡后出现的定位不精准或者定位作业不能正常展开的现象。
进一步的，步骤S400包括：
步骤S401：分别获取在第二目标图像中，两个反光标签的中心点位置，将离摄像头近的中心点位置设为A点，将离摄像头远的中心点位置设为B点；设两个反光标签的中心点位置的间距值为L；
步骤S402：以当前机械臂停靠位置作为坐标轴原点O，将摄像头镜头与坐标轴原点 O所在直线设为Z轴线，将A点与B点所在直线设为y轴线；根据A点与B点在第二目标图像中的 位置，获取摄像头镜头对A点的视线与Z轴线之间的夹角
Figure 852967DEST_PATH_IMAGE002
，获取摄像头镜头对B点视线与Z 轴线之间的夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；设摄像头镜头到坐标轴原点O的距离为H，设B点到坐标轴原点O的距离 为D；
步骤S403：构建联立方程：
Figure 563303DEST_PATH_IMAGE004
解得B点到坐标轴原点O的距离D和摄像头镜头到坐标轴原点O的距离H。
进一步的，步骤S400还包括：
步骤S404：设两个反光标签的中心点位置的连线与中轴线所呈夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，将机械臂 行车方向设为X轴线；设机械臂需在X轴线上移动的距离为R；
步骤S405：获取A点位置，设为
Figure 930830DEST_PATH_IMAGE006
，获取B点位置，设为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；构建
Figure DEST_PATH_IMAGE009
解得两个反光标签的中心点位置的连线与中轴线所呈的夹角
Figure 267396DEST_PATH_IMAGE005
，机械臂需在X轴线 上移动的距离R。
进一步的，步骤S500包括：
步骤S501:控制机械臂偏转
Figure 73678DEST_PATH_IMAGE005
，同时在X轴线上移动R，在红外灯的光线下对重卡电 池的顶部横梁侧面位置进行再一次拍摄；
步骤S502：预先存储在正确定位下，两个反光标签在第二目标图像中的位置；将再次拍摄得到的图像与预先存储进行比对，若在再次拍摄得到的图像中的两个反光标签的位置与预先存储的位置一致，判断机械臂移动到位。
为更好的实现上述方法还提出了一种重卡电池视觉定位***，***包括安装管理模块、信息采集处理模块、相对位置信息处理模块、移动操作模块、定位判断模块；
安装管理模块，用于在重卡电池的顶部横梁侧面位置上设置两个反光标签，存储 两个反光标签中心点位置的间距值；对安装和拆卸重卡电池的机械臂安装摄像头，在摄像 头周围安装红外灯，设置红外灯
Figure 372941DEST_PATH_IMAGE001
角斜向下照射反光标签；对摄像头的镜头安装红 外通光滤光片；
信息采集处理模块，用于操控摄像头在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；用于对第一目标图像做滤波处理，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取；
相对位置信息处理模块，用于根据提取到的各反光标签的中心点位置，计算摄像头和反光标签之间的相对坐标；
移动操作模块，用于控制机械臂根据相对坐标，移动到与反光标签的中心连线在一个平面上的位置上，再次拍摄照片；
定位判断模块，用于根据再次拍摄到的照片判定当前机械臂是否移动到位。
进一步的，信息采集处理模块包括图像信息处理单元、中心位置信息提取单元；
图像信息处理单元，用于操控摄像头在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；
中心位置信息提取单元，用于对第一目标图像做滤波处理，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本申请可提高电池定位的速度，且在本申请中，对图像识别算法要求不高，避免了识别出错，提高了运行的可靠性，本申请对摄像头要求不高，视场边角非线性畸变引起的误差可以通过迭代快速收敛消除，且本申请对机械臂运动精度要求不高，可迭代修正。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法的流程示意图；
图2是本发明一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法中摄像头与反光标签的位置分布示意图；
图3是本发明一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法中反光标签示意图；
图4是本发明一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法中反光标签在摄像头视场中的位置示意图；
图5是本发明一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法中反光标签在摄像头视场中的位置分布示意图；
图6是本发明一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法中在正确定位的情况下，两个标签在摄像头视场中的位置分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图6，本发明提供技术方案： 一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法，方法包括：
步骤S100：在重卡电池的顶部横梁侧面位置上设置两个反光标签，存储两个反光 标签中心点位置的间距值；对安装和拆卸重卡电池的机械臂安装摄像头，在摄像头周围安 装红外灯，设置红外灯
Figure 504845DEST_PATH_IMAGE001
角斜向下照射反光标签；如图2所示，C为摄像头及其拍摄 方向；对摄像头的镜头安装红外通光滤光片；
步骤S200：操控摄像头在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；
步骤S300：对第一目标图像做滤波处理，得到第二目标图像，第二目标图像为二值化图像，在第二目标图像中反光标签处为1，其他地方为0，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取；
步骤S400：根据提取到的各反光标签的中心点位置，计算摄像头和反光标签之间的相对坐标；
其中，步骤S400包括：
步骤S401：分别获取在第二目标图像中，两个反光标签的中心点位置，将离摄像头近的中心点位置设为A点，将离摄像头远的中心点位置设为B点；设两个反光标签的中心点位置的间距值为L；
步骤S402：如图4所示，以当前机械臂停靠位置作为坐标轴原点O，将摄像头镜头与 坐标轴原点O所在直线设为Z轴线，将A点与B点所在直线设为y轴线；根据A点与B点在第二目 标图像中的位置，获取摄像头镜头对A点的视线与Z轴线之间的夹角
Figure 640292DEST_PATH_IMAGE002
，获取摄像头镜头对 B点视线与Z轴线之间的夹角
Figure 250264DEST_PATH_IMAGE003
；设摄像头镜头到坐标轴原点O的距离为H，设B点到坐标轴 原点O的距离为D；
步骤S403：构建联立方程：
Figure 902569DEST_PATH_IMAGE004
解得B点到坐标轴原点O的距离D和摄像头镜头到坐标轴原点O的距离H；
其中，步骤S400还包括：
步骤S404：设两个反光标签的中心点位置的连线与中轴线所呈夹角为
Figure 205375DEST_PATH_IMAGE005
，将机械臂 行车方向设为X轴线；设机械臂需在X轴线上移动的距离为R；
步骤S405：如图5所示，获取A点位置，设为
Figure 562538DEST_PATH_IMAGE006
，获取B点位置，设为
Figure 976202DEST_PATH_IMAGE007
； 构建
Figure 984478DEST_PATH_IMAGE010
解得两个反光标签的中心点位置的连线与中轴线所呈的夹角
Figure 458184DEST_PATH_IMAGE005
，机械臂需在X轴线 上移动的距离R；
步骤S500：控制机械臂根据相对坐标，移动到与反光标签的中心连线在一个平面上的位置上，再次拍摄照片；根据再次拍摄到的照片判定当前机械臂是否移动到位，如果还有偏差跳转步骤S200；
其中，步骤S500包括：
步骤S501:控制机械臂偏转，同时在X轴线上移动R，在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行再一次拍摄；
步骤S502：预先存储在正确定位下，两个反光标签在第二目标图像中的位置；将再次拍摄得到的图像与预先存储进行比对，若在再次拍摄得到的图像中的两个反光标签的位置与预先存储的位置一致，判断机械臂移动到位；如图6所示，为正确定位的情况下，两个标签在摄像头视场（照片）中的位置；
其中，基于图像识别算法提对各反光标签的特征信息进行提取，基于各特征信息在对应各反光标签中的方位和指向对各反光标签的中心点位置进行锁定并提取；
其中，反光标签如图3所示，标签的形状为长方形扣去四个直角三角形。这四个直角三角形就是标签的特征图案。如果照片上不能看到完整的四个特征，说明标签受遮挡、污损，但只要能拍摄到任意两个三角形，仍然能够给出标签的中心点位置；
为更好的实现上述方法还提出了一种重卡电池视觉定位***，***包括安装管理模块、信息采集处理模块、相对位置信息处理模块、移动操作模块、定位判断模块；
安装管理模块，用于在重卡电池的顶部横梁侧面位置上设置两个反光标签，存储 两个反光标签中心点位置的间距值；对安装和拆卸重卡电池的机械臂安装摄像头，在摄像 头周围安装红外灯，设置红外灯
Figure 37064DEST_PATH_IMAGE001
角斜向下照射反光标签；对摄像头的镜头安装红 外通光滤光片；
信息采集处理模块，用于操控摄像头在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；用于对第一目标图像做滤波处理，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取；
其中，信息采集处理模块包括图像信息处理单元、中心位置信息提取单元；
图像信息处理单元，用于操控摄像头在红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；
中心位置信息提取单元，用于对第一目标图像做滤波处理，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取；
相对位置信息处理模块，用于根据提取到的各反光标签的中心点位置，计算摄像头和反光标签之间的相对坐标；
移动操作模块，用于控制机械臂根据相对坐标，移动到与反光标签的中心连线在一个平面上的位置上，再次拍摄照片；
定位判断模块，用于根据再次拍摄到的照片判定当前机械臂是否移动到位。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S100：在重卡电池的顶部横梁侧面位置上设置两个反光标签，存储两个反光标签 中心点位置的间距值；对安装和拆卸所述重卡电池的机械臂安装摄像头，在所述摄像头周 围安装红外灯，设置所述红外灯
Figure 43558DEST_PATH_IMAGE001
角斜向下照射反光标签；对所述摄像头的镜头安 装红外通光滤光片；
步骤S200：操控所述摄像头在所述红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；
步骤S300：对所述第一目标图像做滤波处理，得到第二目标图像，第二目标图像为二值化图像，在第二目标图像中反光标签处为1，其他地方为0，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取；
步骤S400：根据提取到的各反光标签的中心点位置，计算所述摄像头和所述反光标签之间的相对坐标；
步骤S500：控制所述机械臂根据所述相对坐标，移动到与所述反光标签的中心连线在一个平面上的位置上，再次拍摄照片；根据再次拍摄到的照片判定当前机械臂是否移动到位，如果还有偏差跳转步骤S200。
2.根据权利要求1所述的一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法，其特征在于，基于图像识别算法提对各反光标签的特征信息进行提取，基于各特征信息在对应各反光标签中的方位和指向对各反光标签的中心点位置进行锁定并提取。
3.根据权利要求1所述的一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S400包括：
步骤S401：分别获取在所述第二目标图像中，两个反光标签的中心点位置，将离摄像头近的中心点位置设为A点，将离摄像头远的中心点位置设为B点；设两个反光标签的中心点位置的间距值为L；
步骤S402：以当前机械臂停靠位置作为坐标轴原点O，将摄像头镜头与坐标轴原点O所 在直线设为Z轴线，将A点与B点所在直线设为y轴线；根据A点与B点在所述第二目标图像中 的位置，获取摄像头镜头对A点的视线与Z轴线之间的夹角
Figure 719390DEST_PATH_IMAGE002
，获取摄像头镜头对B点视线 与Z轴线之间的夹角
Figure 363998DEST_PATH_IMAGE003
；设摄像头镜头到坐标轴原点O的距离为H，设B点到坐标轴原点O的 距离为D；
步骤S403：构建联立方程：
Figure 945021DEST_PATH_IMAGE004
解得B点到坐标轴原点O的距离D和摄像头镜头到坐标轴原点O的距离H。
4.根据权利要求3所述的一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S400还包括：
步骤S404：设两个反光标签的中心点位置的连线与中轴线所呈夹角为
Figure 434908DEST_PATH_IMAGE005
，将机械臂行车 方向设为X轴线；设机械臂需在所述X轴线上移动的距离为R；
步骤S405：获取A点位置，设为
Figure 902929DEST_PATH_IMAGE006
，获取B点位置，设为
Figure 718439DEST_PATH_IMAGE007
；构建
Figure 99609DEST_PATH_IMAGE008
解得两个反光标签的中心点位置的连线与中轴线所呈的夹角
Figure 65291DEST_PATH_IMAGE005
，机械臂需在所述X轴线 上移动的距离R。
5.根据权利要求3所述的一种可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S500包括：
步骤S501:控制机械臂偏转
Figure 637086DEST_PATH_IMAGE005
，同时在X轴线上移动R，在红外灯的光线下对重卡电池的 顶部横梁侧面位置进行再一次拍摄；
步骤S502：预先存储在正确定位下，两个反光标签在第二目标图像中的位置；将再次拍摄得到的图像与预先存储进行比对，若在再次拍摄得到的图像中的两个反光标签的位置与预先存储的位置一致，判断机械臂移动到位。
6.一种用于实现1-5中任意一种所述的可实现快速迭代收敛的重卡电池视觉定位方法的重卡电池视觉定位***，其特征在于，所述***包括安装管理模块、信息采集处理模块、相对位置信息处理模块、移动操作模块、定位判断模块；
所述安装管理模块，用于在重卡电池的顶部横梁侧面位置上设置两个反光标签，存储 两个反光标签中心点位置的间距值；对安装和拆卸所述重卡电池的机械臂安装摄像头，在 所述摄像头周围安装红外灯，设置所述红外灯
Figure 764442DEST_PATH_IMAGE001
角斜向下照射反光标签；对所述摄 像头的镜头安装红外通光滤光片；
所述信息采集处理模块，用于操控所述摄像头在所述红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；用于对所述第一目标图像做滤波处理，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取；
所述相对位置信息处理模块，用于根据提取到的各反光标签的中心点位置，计算所述摄像头和所述反光标签之间的相对坐标；
所述移动操作模块，用于控制所述机械臂根据所述相对坐标，移动到与所述反光标签的中心连线在一个平面上的位置上，再次拍摄照片；
所述定位判断模块，用于根据再次拍摄到的照片判定当前机械臂是否移动到位。
7.根据权利要求6所述的一种重卡电池视觉定位***，其特征在于，所述信息采集处理模块包括图像信息处理单元、中心位置信息提取单元；
所述图像信息处理单元，用于操控所述摄像头在所述红外灯的光线下对重卡电池的顶部横梁侧面位置进行拍摄，得到第一目标图像；
所述中心位置信息提取单元，用于对所述第一目标图像做滤波处理，分别对第二目标图像中在各反光标签的中心点位置进行提取。
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