CN106468553B - 一种基于路标的移动物体的定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于路标的移动物体的定位方法，包括：设计和放置路标：根据移动物体的工作环境，设计所需的路标的数量和图案；其中，由标记点组成的路标包括定位部分、标识部分和校验部分；放置路标；路标是被贴附于天花板上；依据路标位置表，定位移动物体所在位置的世界坐标值：采集识别路标的图像；根据采集识别的路标的校验部分校验路标的数据完整性，根据定位部分获取移动物体的相对位置，根据标识部分获取路标ID号；根据路标ID号，并结合路标位置表，得到路标的世界坐标值；根据相对位置和路标的世界坐标值换算移动物体的世界坐标值。本发明突出了路标，增强了鲁棒性，计算快速，环境适应性强，定位精准。

Description

一种基于路标的移动物体的定位方法

技术领域

本发明涉及移动物体的定位技术，特别是涉及应用于室内的一种基于路标的移动物体的定位方法。

背景技术

移动机器人在工业(如自动化物流和巡检)和民用(如智能车和服务机器人)等领域有广泛应用。自定位技术是移动机器人领域的一项关键技术，其鲁棒性和精确性很大程度上决定了移动机器人系统的工作效率。

自定位技术一般分为自然路标定位和人工路标定位两大类。其中，自然路标定位方法是利用自然环境中的特征进行定位，具有良好的普适性且不需要环境改造。但是，这类定位方法过于复杂，鲁棒性不佳，实用性有限，且定位精度往往受到环境的影响。人工路标定位技术，是指将路标设置在机器人的工作环境中，通过传感设备对路标进行识别，提取路标中的信息，从而计算出移动机器人自身的位置。由于该类方法中，计算简单，路标特征稳定，系统构成简单，实用性强，具有较强的鲁棒性，所以被广泛采用。

在人工路标定位方法中，路标的识别准确率很大程度上决定了定位系统的鲁棒性和工作效率。目前，研究人员采用的人工路标多是设计特殊颜色或者纹理结构信息的图案，例如：数字、字母和二维码等等。这些图案一般都需要通过环境光照明，机器人上的摄像机才能感光成像。因此，人工路标容易受到环境光照的变化，从而影响人工路标识别的稳定性。并且，随着机器人的适用范围越来越广，其工作环境的面积也越来越大，对人工路标的需求也越来越多，采用特殊颜色设计的人工路标在数量上已经不能满足大面积的工作环境的需求；而采用纹理结构信息的图案设计的人工路标，其路标相对复杂，对其进行识别时容易发生错误，从而导致定位发生偏差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于路标的移动物体的定位方法，用于解决现有技术中在较大面积工作环境下，定位不够准确和快速的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于路标的移动物体定位方法，包括：设计和放置路标：根据移动物体的工作环境，设计路标的数量和图案；其中，由标记点组成的路标包括：用于定位移动物体相对路标的相对位置的定位部分、用于唯一标识路标的标识部分和用于为移动物体提供校验路标的数据完整性的校验信息的校验部分；放置路标；路标是被贴附于天花板上，依据路标位置表，定位移动物体所在位置的世界坐标值：采集识别路标的图像；根据采集识别的路标的校验部分校验路标的数据完整性，根据定位部分获取移动物体的相对位置，根据标识部分获取路标ID号；根据路标ID号，并结合所述路标位置表，得到路标的世界坐标值；根据相对位置和路标的世界坐标值换算移动物体的世界坐标值。

于本发明的一实施例中，路标的数据完整性是根据路标的校验部分的标记点，通过奇偶校验法、异或校验法或循环冗余校验法进行校验的。

于本发明的一实施例中，组成路标的标记点采用回归反射材料制作。

于本发明的一实施例中，路标的定位部分包括至少三个标记点；标识部分包括至少一个标记点，校验部分包括至少一个标记点位置；

于本发明的一实施例中，所述定位部分的标记点确定路标对应的极坐标系。

于本发明的一实施例中，所述路标位置表是通过标定工作环境中的每一个路标而获得的：在工作环境中的所有路标中，选择一个路标作为起始点；其中，所述起始点的世界坐标值是已知的；从所述起始点开始，移动物体在工作环境中运动，对工作环境中的所有路标进行标定；其中，标定每一个路标包括：采集识别至少两个路标的图像；其中一个路标的世界坐标值是已知的；根据采集的至少两个路标的定位部分，分别计算移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置；根据空间坐标变换的关系和移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置，计算采集的未知世界坐标值的路标的世界坐标值；并将计算的世界坐标值按照所述路标ID号保存在所述路标位置表中。

于本发明的一实施例中，所述根据采集的至少两个路标的定位部分，分别计算移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置的步骤包括：对于采集的一个的路标的图像，进行图像预处理并予以识别；根据校验部分校验路标的数据完整性：若是，则根据定位部分的标记点建立路标对应的极坐标系；根据标识部分的标记点的极坐标值，计算路标ID号；根据摄像头的内参矩阵、移动物体的旋转矩阵、平移矩阵和定位部分的标记点极坐标值，计算移动物体相对于路标的位置；其中，旋转矩阵是根据移动物体的倾角检测单元测量获得的。

于本发明的一实施例中，所述路标ID号包括M个数据位，每一个数据位均采用N进制编码；其中，M大于等于1，且M与路标中标识部分的标记点的数量和半径坐标相关；N大于等于2，且N与标识部分的标记点的角坐标相关。

于本发明的一实施例中，所述N进制编码包括二进制编码、十进制编码、十六进制编码或六十四进制编码。

于本发明的一实施例中，所述基于路标的移动物体的定位方法还包括标定移动物体的摄像头。

如上所述，本发明的一种基于路标的移动物体的定位方法，其路标的标记点采用回归反射材料制造，突出了路标，抑制了环境干扰，增强了鲁棒性；且路标中增加了校验标记点，消除了实际应用中因为某一个标签标记点识别错误而造成的定位失败。并且本发明的标签标记点利用极坐标系进行标识，依据N进制编码将一个或多个第三标签标记点编码对应一个唯一的路标ID号，如此，只需少数的标记点就可以编码标识较大的数值。此外，本发明的定位方法中还利用了移动物体的倾角传感器实时检测移动物体在空间三个方向的倾角，通过矩阵运算实时得到移动物体所在位置的世界坐标值，保证了移动物体在上下坡过程中的精确定位，且本发明定位原理简单，计算快速，环境适应性强。

附图说明

图1显示为本发明实施例公开的移动物体的移动工作状态示意图。

图2显示为本发明实施例公开的一种基于路标的移动物体的定位方法的流程示意图。

图3显示为本发明实施例公开的一种基于路标的移动物体的定位方法中路标的示意图。

图4显示为本发明实施例公开的一种基于路标的移动物体的定位方法中定位时各个坐标系之间的关系示意图。

图5显示为本发明实施例公开的一种基于路标的移动物体的定位方法中标定一个路标的流程示意图。

图6显示为本发明实施例公开的一种基于路标的移动物体的定位方法中移动物体相对于路标的位置的计算流程示意图。

元件标号说明

100 路标

S10～S40，S11～S12，S21～S24，步骤

S51～S53，S61～S64

311 第一定位标记点

312 第二定位标记点

313 第三定位标记点

320 标识标记点

330 校验标记点

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅附图。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的一种基于路标的移动物体的定位方法，基于极坐标的思想，在每一个路标上设置较少的标记点，就可保证路标标识的唯一性；在移动物体侧，根据可唯一标识路标的第三标识点，采用N进制编码进行路标ID的编辑。路标是被贴附在工作环境的天花板上，在使用之前，需对移动物体的摄像头进行标定；对贴附在天花板上的路标进行与世界坐标相对应的标定，得到路标位置表。如此，移动物体在移动过程中，通过摄像头采集路标，并对采集的路标进行识别，获取路标ID号，从而获取移动物体所在位置的世界坐标值。

实施例

本实施例公开了一种基于路标的移动物体的定位方法，采用人工路标定位。移动物体是在室内环境下可移动的，移动物体的工作状态如图1所示，路标100设置与工作环境的天花板上；移动物体设置有摄像头210、倾角检测单元220和分析定位单元230。摄像头210设置于移动物体的顶部，用于摄取位于移动物体顶部的路标100的图像；倾角检测单元220采用倾角传感器，用于检测摄像头210相对于世界坐标的倾角；定位分析单元230被配置于移动物体的内部，用于根据摄像头210和倾角检测单元220采集的数据分析、计算和定位移动物体所在位置的世界坐标值。

需要说明的是，移动物体的结构是非常复杂的，本实施例中仅将与解决本发明所提出的技术问题关系密切的单元引入，但这并不表明本实施例中的移动物体不存在其它的单元。

本实施例的基于路标的移动物体的定位方法，如图2所示包括：

步骤S10，设计和放置路标：

步骤S11，根据所述移动物体的工作环境，设计所需的路标的数量和图案；

路标的数量是根据工作环境的面积而设定的。依据于需使用的路标的数量，确定路标上的标记点的数量和排布情况。路标的标记点分为三部分：定位部分、标识部分和校验部分。其中，定位部分的标记点是用于定位移动物体相对路标的相对位置；标识部分的路标点用于唯一地标识路标；校验部分的标记点用于为移动物体提供校验路标数据完整性的校验信息。

其中，基于三点确定一个平面的思想，定位部分包括至少三个标记点；标识部分包括至少一个标记点，校验部分包括至少一个标记点位置。

如图3所示，在本实施例中，路标的标记点是基于极坐标的思想进行排布的。其中，定位部分的标记点为三个，分别是：第一定位标记点311、第二定位标记点312和第三定位标记点313。通过第一定位标记点311、第二定位标记点312和第三定位标记点313确定路标所在平面的极坐标系。在图3所示的由第一定位标记点311、第二定位标记点312和第三定位标记点313确定的极坐标系中，第一定位标记点311作为极坐标系的极点，第二定位标记点312作为极坐标系的极轴。不同的路标，其作为定位部分的标记点是相同的。

标识部分的标记点为一个，即标识标记点320。根据标识标记点320所在位置的不同，可以唯一地确定一个路标，即，不同的路标，对应的标识标记点320的位置和/或数量是不同的。在工作环境的面积较大的情况下，还可通过增加标识标记点320的数量，从而进一步地实现根据标识标记点320唯一确定路标。并且，不同路标上的标识标记点320其实都是分布在以第一定位标记点311为圆心的多个同心圆上；其同心圆的数量是以工作环境所需使用的路标的数量而决定的。在本实施例中，不同的路标的标识标记点320(图3所示路标的标识标记点320用黑色的实心圆圈来表示；其他路标的标识标记点320用空心的圆圈来表示)是排布在以第一定位标记点311为圆心的两个同心圆上。

校验部分是位于路标的特定区域，且在该区域内存在至少一个标记点的位置，标记点的数目根据不同的校验方法来确定。当路标的数据完整性采用奇偶校验法时，校验部分的标记点为0个或者1个，当标记点为0个时，其标记点的位置处不设置相应的标记点，当标记点为1个时，标记点的位置处设置1个标记点。在本实施例中，路标的数据完整性采用奇偶校验法进行校验，且标记点为1个，如图3所示，校验标记点330位于以第一定位标记点311为圆心的圆周上，且数量为一个。

需要说明的是，本发明的路标的标记点的排布并不仅限于此基于极坐标的思想的排布，只要是通过标记点的形式来标识区分路标的，均在本发明的保护范围内。

进一步地，路标上的标记点都是采用发光材料或回归反射材料制成。当路标的标记点采用发光材料制成时，摄像头对路标的图像进行采集时，由于标记点是发光的，其与周围环境的光强是不同的，因此其采集的路标的图像中能够非常方便地凸显出标记点。当路标的标记点采用回归反射材料时，由于回归反射材料是利用透明体的反射折射原理制造出的反光材料，能够把光照从原来的方向再反射回去，因此，在摄像头形同的位置处增加一红外发光单元，通过红外发光单元发射红外光照射到路标的标记点，经过标记点的回归反射材料的反射，红外光能够沿着入射的路径反射到摄像头上，这样凸显了路标的标记点上的光照强度。采用发光材料或回归反射材料制作路标的标记点，有效抑制了环境灯光和光照等的影响，增强了系统的鲁棒性。

步骤S12，放置路标；路标是被贴附于天花板上。

步骤S20，依据路标位置表，定位移动物体所在位置的世界坐标值：

在移动物体投入使用之前，必须对移动物体的摄像头进行标定。在本实施例中，对于摄像头的标定主要集中在摄像头的内参矩阵M和畸变矩阵K、P上。

在摄影测量学中，空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像头成像的几何模型决定的。这些几何模型参数就是摄像头参数，参数的获得过程就是摄像头标定。摄像头成像的几何模型通常用针孔模型来描述。在本发明中对摄像头的标定是指获取摄像头的内参矩阵和畸变矩阵。内参矩阵用来描述摄像头坐标空间与获取的图像坐标空间的关系，畸变矩阵用于校正广角镜头自身的畸变缺陷。

对于摄像头的内参矩阵标定：

摄像头采集到的数字图像在计算机内存中存储的格式为二维数组，数组中的每一个元素就是图像的一个像素值，该元素的坐标就是该元素在数字图像中的行数和列数。

如图4所示：

UOoV表示以像素为单位的图像坐标系，且，Oo为图像坐标系的原点；

XOY表示以物理单位为度量的成像平面坐标系，O为原点，且，原点O是摄像头光轴与图像平面的交点，理论上该点位于图像的中心，其中，成像平面坐标系的X轴和Y轴与图像坐标系的U轴和V轴相平行；

XcOcYcZc表示摄像头坐标系，该坐标系的原点Oc位于镜头的光心，Xc轴与Yc轴与成像平面坐标系的X轴和Y轴平行，Zc轴为摄像机的光轴，与成像平面垂直，它与图像坐标系的交点为O1(在图4中未标识)，O1与Oc之间的距离为摄像头的焦距f；

XwOwYwZw表示世界坐标系。

假设成像平面坐标系的原点O在图像坐标系中的坐标为(u0，v0)，图像平面上的每个像素X轴和y轴方向上的物理尺寸为dx和dy，那么，图像中任意一个像素在图像坐标系和成像平面坐标系下的坐标有如下的关系：

用齐次坐标矩阵表示就是：

根据空间相似原理，在摄像头坐标系的点P和其在成像平面坐标系上的投影点p之间有如下的关系：

其中(x，y)为点p在成像平面坐标系中的坐标，(Xc，Yc，Zc)为点P在摄像头坐标中的坐标，用齐次坐标矩阵表示如下：

结合两式即可以求出空间点P与像点p的像素坐标之间的变换关系：

矩阵即为摄像头的内参矩阵。

进一步地，在移动物体正式投入使用到工作环境之前，还需对贴附于工作环境的天花板上的所有路标进行标定，获得每一个路标所对应的世界坐标值，即通过预先对工作环境中的每一个路标进行标定而获得路标位置表，具体包括：

首先，在工作环境中的所有路标中，选择一个路标作为起始点；其中，所述起始点的世界坐标值是已知的：工作环境中同时存在多个路标，首先需要指定一个路标作为起始点，并通过其他测量工具得到该起始点路标所对应的世界坐标值。

然后，从所述起始点开始，移动物体在工作环境中运动，对运动中每一次采集的路标进行标定：当摄像头拍到两个(或者两个以上)路标(至少有一个路标的世界坐标已知)时，移动物体可以计算得到相对于该两个路标的位姿，再根据空间坐标变换的关系，得到其他路标的世界坐标值。

其中，如图5所示，对于每一个路标的标定具体包括：

步骤S51，采集识别至少两个路标的图像，其中一个路标的世界坐标值是已知的：

通过直接采集移动物体摄像头范围内的至少两个路标的图像：在起始点位置附近，摄像头所采集的路标中至少有一个路标是起始点路标；根据已知的起始点路标对其他路标进行标定；进一步地，移动物体继续移动，那么此时移动物体的摄像头所采集的多个路标中，必然还有一个路标的世界坐标值是已知的。

步骤S52，根据采集的至少两个路标的定位部分，分别计算移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置：

以一个路标为例，计算移动物体相对于路标的位置，如图6所示包括：

步骤S61，对采集的路标的图像进行图像预处理并予以识别：

其中，图像预处理包括但不限于畸变校准、滤波处理和/或二值化处理等等，然后根据模式识别提取出路标并计算得到路标中各个标志点的图像坐标(u，v)。在图片的滤波处理和/或二值化处理的过程中，通过差分算法来提取路标的图像，

步骤S62，根据校验部分校验路标的数据完整性：若是，则根据定位部分的标记点建立路标对应的极坐标系；

在实际的应用中，通常因为路标中的标记点识别出错，而导致定位失败。因此，在采集识别路标的图像后，还需对识别的图像利用一个或多个校验标记点330进行验证。利用校验标记点330进行验证的方法有很多，例如：奇偶校验、异或校验和/或循环冗余校验等等。本发明的保护范围并不仅限于上述罗列的方法，只要是利用校验标记点330来验证识别的路标的图像是否正确的方法均在本发明的保护范围内。

本实施例中，由于采用的是基于极坐标思想而排布的路标的标记点，并且，一个路标中也仅增加了一个校验标记点330，因此，优选采用奇偶校验对识别的路标的数据完整性进行验证。在本实施例中，作为定位部分的定位标记点的数量为3个，作为标识部分的标识标记点的数量为1个；作为校验部分的校验标记点的数量为1个。那么，依据校验部分对路标的数据完整性进行校验时，如果其识别出的标记点的数量为奇数(3个作为定位部分的标记点、1个作为标识部分的标识标记点、1个作为校验部分的校验标记点)时，则表明识别的路标的数据是完整的；如果其识别出的标记点的数量为偶数时，则表明识别的路标的数据是不完整的，则需要重新进行路标的图像的采集和识别，或者是对路标的图像进行修复等处理，以获取完整的路标的数据。本实施例采用简单的奇偶校验，就可以解决大多数情况下单个标记点出错导致的路标识别错误的问题。

此外，本发明的通过校验标记点330对识别的路标的图像进行验证，并不仅限于基于极坐标思想排布的标签标记点，只要是采用标记点进行标识路标的，均可以通过校验标记点330进行验证。

通过校验标记点对识别的路标的图像进行验证，减少了路标图像的识别发送错误的概率，提高了定位的可靠性。

进一步地，当验证了识别的路标的数据是完整的情况下，再依据识别的路标的定位部分建立路标所对应的极坐标系。

根据图3所示的路标，第一定位标记点311、第二定位标记点312和第三定位标记点313用来确定路标的极坐标系(r，t)，其中，r表示半径坐标，t表示角坐标。路标所在的极坐标系与图像坐标系的旋转角即为该矢量方向上的θ₀。

步骤S63，根据标识部分的极坐标值，计算路标ID号；

移动物体对于每一个路标均用路标ID号进行唯一地标识。由于路标可以通过一个或多个作为标识部分的标识标记点进行唯一地标识，因此，移动物体根据计算出的标识标记点来编辑对应的路标ID。其中，路标ID号包括M个数据位，每一个数据位均采用N进制编码；M大于等于1，且M与路标中的标识标记点的数量和半径坐标相关；N大于等于2，且N与标识标记点的角坐标相关。在本实施例中，采用16进制编码，每间隔10度表示一个数字，因此在圆周上10-170度即可以表示0-F这16个数。

当标识标记点为一个时，路标ID号仅有1位。且当标识标记点的角坐标值为30度时，那么，路标ID号为0x1。

当标识标记点为M个时，路标ID号为M位，且根据不同的标识标记点的半径坐标值，对应表示不同的数据位。例如，当标识标记点为2个时，第一个标识标记点的极坐标为(1，30°)；第二个标识标记点的极坐标为(2，150°)，即第一个标识标记点在内圆上，第二个标识标记点在外圆上，将内圆上的标识标记点设置为路标ID号的个位数据，外圆上的标识标记点作为路标ID号的十位数据，那么，该路标的路标ID号为0x1d。

在该编码体系中，路标上的标签标记点的数量是固定的,采用N进制的编码思想，当N比较大时仍然只需要数量很少的点就可以表示编码范围很大的数值。通过标识标记点的极坐标值(R,t)，可以计算得到路标ID号。并且，理论上，只要计算精度和分辨率足够，根据一个标识标记点在极坐标上的位置的不同，就可以对应无数个不同的路标ID号。

步骤S64，根据摄像头的内参矩阵、移动物体的旋转矩阵、平移矩阵和定位部分的标记点极坐标值，计算移动物体相对于路标的位置；其中，旋转矩阵是根据移动物体的倾角传感器测量获得的：

本实施例是通过旋转矩阵和平移矩阵来实现摄像头坐标系与世界坐标系XwYwZw的变换的：

与摄像头的内参矩阵M相结合，可以得到图像坐标系与世界坐标系的关系：

设定世界坐标系的原点与当前摄像机坐标系的原点重合，那么，平移矩阵T＝(x0，y0，z0)为0，根据倾角检测单元测量得到的移动物体在三个方向上的倾斜角(α,β,γ)，则可以实时计算出旋转矩阵R的参数值。根据上式的矩阵变换关系，可以求得路标原点相对于摄像头坐标系的坐标，而根据倾角检测单元得到的倾角数据(α,β,γ)结合步骤S62中得到的θ₀即可以得到角度信息。如此，就可得到移动物体相对于与所拍摄到的路标的相对位置，实现移动物体与路标的相对定位。

步骤S53，根据空间坐标变换的关系和移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置，计算采集的未知世界坐标值的路标的世界坐标值；并将计算的世界坐标值按照所述路标ID号保存在所述路标位置表中。

当采集的至少两个路标是同时位于摄像头的视野范围内时，未知世界坐标值的路标的世界坐标值仅与移动物体相对于两个路标的相对位置有关；当采集的至少两个坐标不是同时位于摄像头的视野范围内时，未知世界坐标值的路标的世界坐标值除了与移动物体相对于两个路标的相对位置有关外，还与移动物体的移动轨迹相关。

本实施例的依据路标位置表，定位移动物体所在位置的世界坐标值的步骤包括：

步骤S21，采集识别移动物体的摄像头范围内的路标的图像：通过摄像头拍摄对应的路标，得到路标的图像；

步骤S22，根据采集识别的路标的校验部分校验路标的数据完整性，根据定位部分获取移动物体的相对位置，根据标识部分获取路标ID号。

对于采集识别的路标的校验部分对路标的数据完整性进行校验，具体过程参见步骤S62：

若数据不完整，则需要重新进行路标的图像的采集和识别，或者是对路标的图像进行修复等处理，以获取完整的路标的数据；

若数据完整，则根据定位部分计算移动物体相对于路标的相对位置(具体过程参见步骤S64)，根据标识部分获取路标ID号(具体过程参见步骤S63)。

步骤S23，根据路标ID号，并结合所述路标位置表，得到路标的世界坐标值；

步骤S24，根据相对位置和路标的世界坐标值换算移动物体的世界坐标值。

需要说明的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

综上所述，本发明的一种基于路标的移动物体的定位方法，其路标的标记点采用回归反射材料制造，突出了路标，抑制了环境干扰，增强了鲁棒性；且路标中增加了校验标记点，消除了实际应用中因为某一个标签标记点识别错误而造成的定位失败。并且本发明的标签标记点利用极坐标系进行标识，依据N进制编码将一个或多个第三标签标记点编码对应一个唯一的路标ID号，如此，只需少数的标记点就可以编码标识较大的数值。此外，本发明的定位方法中还利用了移动物体的倾角传感器实时检测移动物体在空间三个方向的倾角，通过矩阵运算实时得到移动物体所在位置的世界坐标值，保证了移动物体在上下坡过程中的精确定位，且本发明定位原理简单，计算快速，环境适应性强。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种基于路标的移动物体定位方法，其特征在于，包括：

设计和放置路标：

根据移动物体的工作环境，设计路标的数量和图案；其中，由标记点组成的路标包括：用于定位移动物体相对路标的相对位置的定位部分、用于唯一标识路标的标识部分和用于为移动物体提供校验路标的数据完整性的校验信息的校验部分；其中，所述定位部分至少包括三个标记点，所述标识部分包括至少一个标记点，所述校验部分包括至少一个标记点；所述标识部分的标记点和所述校验部分的标记点分别位于所述定位部分的标记点所确定的极坐标系中；

放置路标；路标是被贴附于天花板上；

依据路标位置表，定位移动物体所在位置的世界坐标值：

采集识别路标的图像；

根据采集识别的路标的校验部分校验路标的数据完整性，根据定位部分获取移动物体的相对位置，根据标识部分获取路标ID号；其中，所述路标ID号包括M个数据位，每一个数据位均采用N进制编码；其中，M大于等于1，N大于等于2，且M与路标中标识部分的标记点的数量相同，不同标记点的半径坐标值对应表示不同的数据位，不同标记点的角坐标值经所述N进制编码转换后作为对应数据位的内容；其中，圆周度数被划分成N个度数区间，每个所述度数区间依次对应N进制的每个数字；

根据路标ID号，并结合所述路标位置表，得到路标的世界坐标值；

根据相对位置和路标的世界坐标值换算移动物体的世界坐标值。

2.根据权利要求1所述的基于路标的移动物体定位方法，其特征在于：路标的数据完整性是根据路标的校验部分的标记点，通过奇偶校验法、异或校验法或循环冗余校验法进行校验的。

3.根据权利要求1所述的基于路标的移动物体定位方法，其特征在于：组成路标的标记点采用回归反射材料或者发光材料制作。

4.根据权利要求1所述的基于路标的移动物体定位方法，其特征在于：所述路标位置表是通过标定工作环境中的每一个路标而获得的：

在工作环境中的所有路标中，选择一个路标作为起始点；其中，所述起始点的世界坐标值是已知的；

从所述起始点开始，移动物体在工作环境中运动，对工作环境中的所有路标进行标定；其中，标定每一个路标包括

采集识别至少两个路标的图像；其中一个路标的世界坐标值是已知的；

根据采集的至少两个路标的定位部分，分别计算移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置；

根据空间坐标变换的关系和移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置，计算采集的未知世界坐标值的路标的世界坐标值；并将计算的世界坐标值按照所述路标ID号保存在所述路标位置表中。

5.根据权利要求4所述的基于路标的移动物体定位方法，其特征在于：所述根据采集的至少两个路标的定位部分，分别计算移动物体相对于采集的至少两个路标的相对位置的步骤包括：对于采集的一个的路标的图像，

进行图像预处理并予以识别；

根据校验部分校验路标的数据完整性：若是，则根据定位部分的标记点建立路标对应的极坐标系；

根据标识部分的标记点的极坐标值，计算路标ID号；

根据摄像头的内参矩阵、移动物体的旋转矩阵、平移矩阵和定位部分的标记点极坐标值，计算移动物体相对于路标的位置；其中，旋转矩阵是根据移动物体的倾角检测单元测量获得的。

6.根据权利要求1所述的基于路标的移动物体定位方法，其特征在于：所述N进制编码包括二进制编码、十进制编码、十六进制编码或六十四进制编码。

7.根据权利要求1所述的基于路标的移动物体定位方法，其特征在于：所述基于路标的移动物体的定位方法还包括标定移动物体的摄像头。