CN106851567B - 一种定位方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于移动机器人领域，提供了一种定位方法，应用于定位系统中，所述定位系统包括：移动平台，以及预设的第一标识物与第二标识物；所述方法包括如下步骤：通过图像获取单元获取所述第一标识物以及第二标识物的图像信息；通过图像处理单元处理所述图像信息，并输出图像处理结果；根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息。本发明的方法能够对移动平台进行准确地定位，定位精度高，大大提高了割草效率及割草覆盖率，且本方法所用到的设备的成本低，并且不会对人造成伤害，安全性能较高。

Description

一种定位方法、装置及系统

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种定位方法、装置及系统。

背景技术

随着科技的发展，很大一部分需要花费较多人力的工作已经被机器取代。例如，我国随着经济的发展，草坪的面积在迅速增加，而草坪必须定期进行割草打理，否则会影响草坪整体的美观，而且定期割草还能促进草的分蘖，使得草坪更密实，避免昆虫、蛇等动物的栖息影响人的健康。因此，割草机器人便越来越受到人们的欢迎，而且如何对草地进行自动化割草作业已经成了一个热门的研究课题。

为了提升割草效率以及割草覆盖率，现有的割草机器人中，有采用GPS定位技术的，但这种割草机器人其定位精度低，目前民用GPS的定位精度一般在三米以上，因而机器人只能很粗略的知道其工作过的区域，对于提升割草覆盖率的帮助也有限，因此很难保证割草的效率。现有的割草机器人中，也有采用激光测距仪来进行定位，但这种定位方式的成本相对比较高，具体做法是在场地上设置一个位置已知的反光件，机器人的转台上安装一个激光测距仪以及一个角度编码器，机器人上还携带有电子罗盘，通过激光测距仪测量机器人相对反光件的距离，通过角度编码器以及自身的电子罗盘测量机器人相对反光件的角度，即可得到机器人相对反光件的坐标；激光在较远距离时，激光扫描到反光件上的时间非常短(因反光件不可能做得非常大)，要在非常短的时间内实现精确测距的实施难度比较大；此外，环境中有可能存在对激光反射率比较高的物体从而对激光测量造成干扰，并且如果激光能量比较高，有可能会对人的眼睛造成伤害。

因此，现有技术中的割草机器人的定位方法，因为定位精度低，从而导致割草效率及割草覆盖率低，而且该方法所涉及的设备成本较高、安全性较低。

发明内容

本发明实施例提供一种定位方法，旨在解决现有技术中的割草机器人的定位方法，因为定位精度低，从而导致割草效率及割草覆盖率低，而且该方法所涉及的设备成本较高、安全性较低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种定位方法，应用于定位系统中，所述定位系统包括：移动平台，以及预设的第一标识物与第二标识物；所述方法包括下述步骤：

通过图像获取单元获取所述第一标识物以及第二标识物的图像信息；

通过图像处理单元处理所述图像信息，并输出图像处理结果；

根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息。

本发明实施例还提供一种定位装置，应用于定位系统中，所述定位系统包括：移动平台，以及预设的第一标识物与第二标识物；所述装置包括：

图像获取单元，用于获取所述第一预设标识物以及第二预设标识物的图像信息；

图像处理单元，用于处理所述图像信息，并输出图像处理结果；

位置处理单元，用于根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的位置。

本发明实施例还提供一种定位系统，所述系统包括：移动平台，以及预设的第一标识物、第二标识物，所述移动平台包含上述的定位装置。

本发明实施例提供的定位方法，通过获取并处理第一标识物与第二标识物的图像信息，以计算移动平台相对于第一标识物与第二标识物的位置，从而实现了对移动平台的定位，本发明的方法能够对移动平台进行准确地定位，定位精度高，大大提高了割草效率及割草覆盖率，且本方法所用到的设备的成本低，并且不会对人造成伤害，安全性能较高。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的定位系统的实施环境图；

图2是本发明实施例一提供的一种定位方法的流程图；

图3是本发明实施例一提供的一种定位方法细化方案的流程图；

图4是本发明实施例一提供的一种定位方法优化方案的流程图；

图5是本发明实施例一提供的定位平台与标识物的第一位置关系图；

图6是本发明实施例一提供的标识物与双目摄像头的三角关系图；

图7是本发明实施例一提供的定位平台与标识物的第二位置关系图；

图8是本发明实施例一提供的定位平台与标识物的第三位置关系图；

图9是本发明实施例二提供的一种定位装置的结构图；

图10是本发明实施例二提供的一种图像获取单元的结构图；

图11是本发明实施例二提供的一种定位装置的优化方案的结构图。

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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。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。

本发明实施例提供的定位方法，通过获取并处理第一标识物与第二标识物的图像信息，以计算移动平台相对于第一标识物与第二标识物的位置，从而实现了对移动平台的定位，本发明的方法能够对移动平台进行准确地定位，定位精度高，大大提高了割草效率及割草覆盖率，且本方法所用到的设备的成本低，并且不会对人造成伤害，安全性能较高。

图1示出了本发明实施例提供的定位方法的实施环境图；作为示例，图中仅示出与本发明方法相关的要素。

本发明实施例以割草机器人作为示例，在割草区域，即图中的草地上，预设有两个位置已知的标识物，这里以标杆作为标识物，可以理解的，该标识物还可以是其他的具有明显标识的物体，以这里的标杆为例，系统中的标杆为易于被软件识别且易于跟环境背景相区分的标识物，比如一定尺寸的红白相间的颜色杆，且不同的标杆的特征会有差异，使得软件能够区分不同的标杆。

如图1所示，在割草区域上还设有充电站，移动平台在确定自身相对于标识物的坐标后，会按照设定程序执行割草作业，在作业过程中，若移动平台执行任务，例如，割草机器人执行割草任务过程中，若有电量不足，会根据记录的充电站的位置自动前往充电。

本发明实施例所说的移动平台可以是割草机器人，当然本发明的方法不仅限于割草领域，本发明的方法还可以应用于其他的需要进行定位的实施环境中，因此，本发明实施例所指的移动平台，可以指这样一类具有定位功能的可移动设备；当然以下均以割草机器人作为典型对本发明的方案进行详细描述。在本发明实施例中，移动平台(例如割草机器人)与两个预设的标识物(如上述的标杆)，构成了一个定位系统。其中，该移动平台包括：

中央处理单元，用于协调各个部件的工作；

与中央处理器耦接的图像获取单元，如摄像头，本发明中采用双目摄像头；

与图像采集装置及中央处理器耦接的图像处理单元，用于对图像采集装置所采集的图像进行处理，可以是结合在摄像头上的处理芯片；

转台，包括驱动装置(如电机)，以及连接驱动装置与图像采集装置的连接部件，用以带动图像采集装置转动。

可以理解，以下出现标识物时，如无特别说明，可以指第一标识物、第二标识物，或第三标识物中的任意一个。

实施例一：

图2示出了本发明实施例一提供的一种定位方法的流程图，详述如下：

在步骤S101中，通过图像获取单元获取所述第一预设标识物以及第二预设标识物的图像信息。

在本发明实施例中，在本发明所应用的定位系统中，该定位系统包括：移动平台，以及预设的第一标志物与第二标识物，其中，第一标志物与第二标识物可以具有明显标识的物体，以这里的标杆为例，系统中的标杆为易于被软件识别且易于跟环境背景相区分的标识物，比如一定尺寸的红白相间的颜色杆，且不同的标杆的特征会有差异，使得软件能够区分不同的标杆。

所述图像获取单元摄像头，本方案优选为双目摄像头。在本实施例中，双目摄像头为：两个规格参数一致的定焦摄像头。双目摄像头的焦距均为f，以一定的间距T平行安装于转台上，双目摄像头的两个摄像头之间不会发生相对移动或转动。双目摄像头由中央控制单元控制转动，中央控制单元发送指令给电机的驱动器，再由电机的驱动器驱动电机旋转，以带动转台转动，从而带动固定安装于转台上的双目摄像头转动，转动的角度范围可以为360度或者小于360度，比如±180度。在本发明的一个实施例中，作为示例，将割草机器人的转台旋转范围设定为±180度，将0度设定为双目摄像头中心线正前方朝向，-180度设定为起始位置，+180度设定为终点位置，应当理解，此处所描述的转台旋转范围以及起始位置、终点位置等，为一个具体的实施案例，仅用于体现本方案的可实现性，并不作限定，转台旋转范围、起始位置以及终点位置等可根据实际应用或需求灵活设定。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，步骤S101还包括以下的子步骤：

步骤S201，若所述双目摄像头的视野中不包含所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动第一预设角度；

步骤S202，重复步骤S201，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标志物。

在本发明实施例中，这里的第一摄像头、第一标识物、第二摄像头、第二标识物，仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一摄像头也可以被称为第二摄像头，第一标识物也可以称为第二标识物，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。类似地，第二摄像头也可以被称为第一摄像头，第二标识物也可以被称为第一标识物。

本发明实施例中，对摄像头的视野中是否包含标识物的判断方法为检查摄像头中是否有标识物的特征。

移动平台启动时，会检查双目摄像头的视野中是否包含第一标识物或第二标识物，即检查双目摄像头中是否有第一标识物或第二标识物的特征，如果都没有，则中央控制单元发送命令给转台电机的控制器，从而控制转台带动双目摄像头转动一定角度，直到找到第一标志物或第二标识物。

在移动平台行驶过程中，若所述双目摄像头的视野中不包含所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动第一预设角度，即第一预设角度，第一预设角度为优选一个小角度，例如，通过给步进电机的脉冲数来控制转的角度，因为在行驶过程中，摄像头的视野中心线相对于标杆的角度与上一次定位时的增量很小，因此要进行小角度调节；重复这个转动步骤直到第一摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物，也即双目摄像头中至少一个摄像头的图像中找到第一标识物或第二标识物的特征。

在本发明的一个实施例中，为了保证最终定位的准确性，对双目摄像头转动的控制，需考虑到使双目摄像头的视野中心线对准标杆。具体计算办法为：

移动平台在直线移动时，每次根据双目测距时计算的标识物(这里以标杆为例)跟双目摄像头中心线的夹角γ进行调节，比如双目摄像头的视野角为20度，则设定第一预设角度为5度，如果某次双目测距时的γ>5度(或者γ<-5度)，则完成双目测距后控制双目摄像头朝中心线方向旋转γ角度，如果γ在正负5度以内，则双目摄像头不会转动，以免频繁启动电机，造成能量损失。

进一步的，本方法还包括：

步骤S203，若所述双目摄像头中的第一摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息时，则控制所述双目摄像头转动第二预设角度；

步骤S204，重复步骤S203，直到所述双目摄像头的两个摄像头所获取的图像信息中均包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，获取对应的图像信息；或者直到所述第一标识物或第二标识物移出所述第一摄像头的视野时，双目摄像头的第二摄像头的视野中仍未出现所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动，使所述第一摄像头或第二摄像头对准所述第一标识物或第二标识物，并获取对应的图像信息。

在本发明实施例中，若只有一个摄像头的图像中有标识物，比如第一摄像头拍到标识物，这里假设被拍到的标志物为第一标识物，而第二摄像头没有拍到，则中央控制单元控制转台往第一摄像头一侧转动一个较小的角度，即第二预设角度(例如将第二预设角度设定为小于摄像头的视野角度)若依然只有第一摄像头看到第一标识物，第二摄像头看不到，则重复该转动步骤直到两个摄像头都看到第一标识物，那么获取第一标志物对应的图像信息。

如果重复上述的转动第二预设角度的步骤，直到第一摄像头也看不到标识物，那么则控制所述双目摄像头转动，使得第一摄像头或第二摄像头的任意一个对准第一标识物，并获取第一标志物对应的图像信息。

进一步的，假设当第一标志物的图像信息已经被系统获取到了，系统会继续寻找第二标识物，因此本方法还包括如下步骤：

步骤S301，控制所述双目摄像头转动第三预设角度，所述第三预设角度根据所述双目摄像头的视野角度以及历史定位记录确定；

步骤S302，控制所述双目摄像头以第四预设角度为一个转动单位连续转动，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标志物与第二标识物中的另一者，并获取对应的图像信息。

在本发明实施例中，在由上一个测量点到达下一个测量点后，移动平台完成一个标识物的测量后，例如第一标识物已测量，移动平台会根据之前记录的与两个标识物的连线的夹角来估算当前与另外一个标识物的角度，比如说之前连续三个测量点的夹角分别为105度、108度、112度，则估计当前另外一个标识物的角度为117度；因此，可以设定第三预设角度为117度，或者比117度稍小的角度，并且设定第四预设角度为一个小角度，如3度，从而可以方便地获取到第二标识物的图像信息。

步骤S102，通过图像处理单元处理所述图像信息，并输出图像处理结果。

在本发明实施例中，图像处理单元会对双目摄像头所采集的图像信息进行处理，包括预处理(如滤波、畸变修正、去噪声、图像增强等)、标识物特征匹配、标杆像素位置提取等。

详细的，对图像信息进行特征匹配及像素信息提取的步骤为：

判断所述图像信息中是否包含与所述第一标识物或第二标识物的特征相匹配的信息；

若是，则将所述图像信息中与所述第一标识物或第二标识物对应的像素信息进行提取并输出。

在本发明实施例中，像素信息主要包含第一标志物或第二标志物在双目摄像头上的像素位置信息，这些信息采集以后会输出至位置处理单元。

步骤S103，根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息。

在本发明实施例中，所述当前位置信息包括：移动平台相对于所述第一标识物及第二标识物距离信息Z1与Z2，以及移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息θ。因此，当前位置信息为(Z1，Z2，θ)。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，步骤S103进一步包括：

步骤S401，根据所述像素信息、摄像头焦距f、双目摄像头中两摄像头相对距离T、标识物横向宽度W计算，以获得移动平台相对于所述第一标识物和第二标识物距离信息。

在本发明实施例中，步骤S401进一步包括如下步骤：

若所述双目摄像头两个摄像头所获取的图像信息中同时包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，则利用双目测距原理计算，以获得所述距离信息；

在本发明的一个实施例中，如图5、图6所示，其中，图5中M1点为第一标识物所在位置，M2点为第二标识物所在位置，R点为机器人所在位置，图6中的P点用于指代M1或M2。其中，移动平台R到第一标识物的距离RM1以及移动平台到第二标识物的距离RM2通过移动平台上的双目摄像头测量，两个标识物之间的距离M1M2已知(可以人为输入或者在初始的时候移动平台测得)。移动平台相对第一标识物和第二标识物的位置角∠RM1M2可以通过三角函数计算得到。

则标识物与双目摄像头的距离Z计算如下：

其中x^l、x^r分别表示为标识物在第一摄像头及第二摄像头的图像信息中的像素位置，d表示x^l、x^r之间的像素距离。

若所述第一摄像头与第二摄像头的视野中无法同时包含所述第一标识物或第二标识物，则利用单孔成像原理计算，以获得所述距离信息。

在本发明的一个实施例中，若同一时间双目摄像头中只能有一个摄像头能够看到标识物(第一标识物或第二标识物)，则标识物与双目摄像头的距离可以根据已知的标识物的宽度，通过单孔成像的原理进行计算：

式中，W为标识物的宽度(例如当标识物为标杆时，该宽度即为标杆的宽度)，x_w为标识物在图像中的像素宽度。

步骤S402，根据所述移动平台到所述第一标识物和第二标识物的距离信息，以预设规则进行处理，以获得移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息。

在本发明的一个实施例中，移动平台相对第一标识物1和第二标识物2的位置角计算如下：

在本发明实施例中，当计算出θ的大小时，还需进一步确认θ的方向。为了确认θ的方向，本发明实施例提供的定位方法还包括如下步骤：

记录每个时刻所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息，以形成历史位置信息。

在本发明实施例中，移动平台在移动过程中会将所定位的各个位置进行记录，以形成历史位置信息。

在本发明的一种实施例中，步骤S402进一步还包括如下步骤：

步骤a、若所述距离信息与所述历史位置信息中的第一历史位置信息相同，则判断从获取到所述第一历史位置信息开始到获取所述距离信息的区间内，所述移动平台是否经过所述第一标识物与所述第二标识物的连线上的位置。

步骤b、若判断为是，则按预设规则记录所述位置角信息，以与所述第一历史位置信息中的位置角的信息区别。

在本发明实施例中，如图7所示，若当前测量点上测出的移动平台到所述第一标识物和第二标识物的距离信息与历史位置信息中的某一历史位置信息相同，这里为了描述方便，采用“第一历史位置信息”来表述该某一历史地理位置信息；那么便判断从获取到所述第一历史位置信息开始到获取所述距离信息的区间内，所述移动平台是否经过所述第一标识物与所述第二标识物的连线上的某个位置，例如M＇。假设移动平台在M1M2连线的左侧存在位置点R，那么在M1M2连线的右侧存在一个与R点对称的点R＇，可以得到相同的距离信息：R＇M1＝RM1，R＇M2＝RM2；因此若仅通过距离信息和角度大小是无法准确确定移动平台在R点与R＇点时的位置信息。因此，本实施例所采用的方法，就是若当前的距离信息与第一历史位置信息中的距离信息相同时，通过判断小车是否经过M1M2连线的方式，来判断移动平台是经过同一个点，还是不同点；所以，进一步可以确定位置角θ的方向，例如可将位置角θ在M1M2的左侧设定为负，将位置角θ在M1M2的右侧设定为正，从而准确地确认小车的位置角。

在本发明的另一种实施例中，本方法还包括与所述第一标识物1及第二标识2物不在同一直线上的第三标识物3；

步骤S402进一步还包括如下步骤：

若未检测到所述历史位置信息或移动平台处于所述第一标识物和第二标识物连线附近时，则获取并处理所述第三标识物的图像信息，计算以获得所述移动平台相对于所述第三标识物的距离信息，根据所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物，以及第三标识物的距离信息，确定所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物的位置角信息。

在本发明实施例中，当移动平台没有历史位置信息的记录，或者移动平台处于M1M2连线的附近时，则无法通过步骤a及b进行判断，或者判断较为繁琐、易出错；根据移动平台测得的到两个标识物之间的距离计算得到的位置角度有可能为正，也有可能为负，即机器人有可能处于M1M2连线对称的位置中的一个。这个时候需要移动机器人测量第三标识物的距离，以此协助判断角度的正负。如图8所示，假设M3M1垂直于M1M2，则如果RM3²＞RM1²+M1M3²，则移动机器人在M1M2的右侧，否则在M1M2的左侧。通过这种方式也实现了对位置角θ的方向的确定。

上述发明实施例提供的定位方法，通过获取并处理第一标识物与第二标识物的图像信息，以计算移动平台相对于第一标识物与第二标识物的位置，从而实现了对移动平台的定位，本发明的方法能够对移动平台进行准确地定位，定位精度高，大大提高了割草效率及割草覆盖率，且本方法所用到的设备的成本低，并且不会对人造成伤害，安全性能较高。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

实施例二：

图9示出了本发明实施例一提供的一种定位装置的结构图，详述如下：

图像获取单元110，用于获取所述第一预设标识物以及第二预设标识物的图像信息。

在本发明实施例中，在本发明所应用的定位系统中，该定位系统包括：移动平台，以及预设的第一标志物与第二标识物，其中，第一标志物与第二标识物可以具有明显标识的物体，以这里的标杆为例，系统中的标杆为易于被软件识别且易于跟环境背景相区分的标识物，比如一定尺寸的红白相间的颜色杆，且不同的标杆的特征会有差异，使得软件能够区分不同的标杆。

所述图像获取单元摄像头，本方案优选为双目摄像头。在本实施例中，双目摄像头为：两个规格参数一致的定焦摄像头。双目摄像头的焦距均为f，以一定的间距T平行安装于转台上，双目摄像头的两个摄像头之间不会发生相对移动或转动。双目摄像头由中央控制单元控制转动，中央控制单元发送指令给电机的驱动器，再由电机的驱动器驱动电机旋转，以带动转台转动，从而带动固定安装于转台上的双目摄像头转动，转动的角度范围可以为360度或者小于360度，比如±180度。在本发明的一个实施例中，作为示例，将割草机器人的转台旋转范围设定为±180度，将0度设定为双目摄像头中心线正前方朝向，-180度设定为起始位置，+180度设定为终点位置，应当理解，此处所描述的转台旋转范围以及起始位置、终点位置等，为一个具体的实施案例，仅用于体现本方案的可实现性，并不作限定，转台旋转范围、起始位置以及终点位置等可根据实际应用或需求灵活设定。

在本发明的一个实施例中，如图10所示，图像获取单元110还包括以下的模块：

第一转动控制模块111，用于若所述双目摄像头的视野中不包含所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动第一预设角度；

第一循环模块112，用于重复第一转动控制模块111的流程，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标志物。

在本发明实施例中，这里的第一摄像头、第一标识物、第二摄像头、第二标识物，仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一摄像头也可以被称为第二摄像头，第一标识物也可以称为第二标识物，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。类似地，第二摄像头也可以被称为第一摄像头，第二标识物也可以被称为第一标识物。

本发明实施例中，对摄像头的视野中是否包含标识物的判断方法为检查摄像头中是否有标识物的特征。

移动平台启动时，会检查双目摄像头的视野中是否包含第一标识物或第二标识物，即检查双目摄像头中是否有第一标识物或第二标识物的特征，如果都没有，则中央控制单元发送命令给转台电机的控制器，从而控制转台带动双目摄像头转动一定角度，直到找到第一标志物或第二标识物。

在移动平台行驶过程中，若所述双目摄像头的视野中不包含所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动第一预设角度，即第一预设角度，第一预设角度为优选一个小角度，例如，通过给步进电机的脉冲数来控制转的角度，因为在行驶过程中，摄像头的视野中心线相对于标杆的角度与上一次定位时的增量很小，因此要进行小角度调节；重复这个转动步骤直到第一摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物，也即双目摄像头中至少一个摄像头的图像中找到第一标识物或第二标识物的特征。

在本发明的一个实施例中，为了保证最终定位的准确性，对双目摄像头转动的控制，需考虑到使双目摄像头的视野中心线对准标杆。具体计算办法为：

移动平台在直线移动时，每次根据双目测距时计算的标识物(这里以标杆为例)跟双目摄像头中心线的夹角γ进行调节，比如双目摄像头的视野角为20度，则设定第一预设角度为5度，如果某次双目测距时的γ>5度(或者γ<-5度)，则完成双目测距后控制双目摄像头朝中心线方向旋转γ角度，如果γ在正负5度以内，则双目摄像头不会转动，以免频繁启动电机，造成能量损失。

进一步的，图像获取单元110还包括：

第二转动控制模块113，用于若所述双目摄像头中的第一摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息时，则控制所述双目摄像头转动第二预设角度；

第一图像信息获取模块114，用于重复第二转动控制模块113的流程，直到所述双目摄像头的两个摄像头所获取的图像信息中均包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，获取对应的图像信息；或者直到所述第一标识物或第二标识物移出所述第一摄像头的视野时，双目摄像头的第二摄像头的视野中仍未出现所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动，使所述第一摄像头或第二摄像头对准所述第一标识物或第二标识物，并获取对应的图像信息。

在本发明实施例中，若只有一个摄像头的图像中有标识物，比如第一摄像头拍到标识物，这里假设被拍到的标志物为第一标识物，而第二摄像头没有拍到，则中央控制单元控制转台往第一摄像头一侧转动一个较小的角度，即第二预设角度(例如将第二预设角度设定为小于摄像头的视野角度)若依然只有第一摄像头看到第一标识物，第二摄像头看不到，则重复该转动步骤直到两个摄像头都看到第一标识物，那么获取第一标志物对应的图像信息。

如果重复上述的转动第二预设角度的步骤，直到第一摄像头也看不到标识物，那么则控制所述双目摄像头转动，使得第一摄像头或第二摄像头的任意一个对准第一标识物，并获取第一标志物对应的图像信息。

进一步的，假设当第一标志物的图像信息已经被系统获取到了，系统会继续寻找第二标识物，因此本方法还包括如下步骤：

第三转动控制模块115，用于控制所述双目摄像头转动第三预设角度，所述第三预设角度根据所述双目摄像头的视野角度以及历史定位记录确定；

第四转动控制模块116，用于控制所述双目摄像头以第四预设角度为一个转动单位连续转动，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标志物与第二标识物中的另一者，并获取对应的图像信息。

在本发明实施例中，在由上一个测量点到达下一个测量点后，移动平台完成一个标识物的测量后，例如第一标识物已测量，移动平台会根据之前记录的与两个标识物的连线的夹角来估算当前与另外一个标识物的角度，比如说之前连续三个测量点的夹角分别为105度、108度、112度，则估计当前另外一个标识物的角度为117度；因此，可以设定第三预设角度为117度，或者比117度稍小的角度，并且设定第四预设角度为一个小角度，如3度，从而可以方便地获取到第二标识物的图像信息。

图像处理单元120，用于处理所述图像信息，并输出图像处理结果。

在本发明实施例中，图像处理单元会对双目摄像头所采集的图像信息进行处理，包括预处理(如滤波、畸变修正、去噪声、图像增强等)、标识物特征匹配、标杆像素位置提取等。

详细的，对图像信息进行特征匹配及像素信息提取的步骤为：

判断所述图像信息中是否包含与所述第一标识物或第二标识物的特征相匹配的信息；

若是，则将所述图像信息中与所述第一标识物或第二标识物对应的像素信息进行提取并输出。

在本发明实施例中，像素信息主要包含第一标志物或第二标志物在双目摄像头上的像素位置信息，这些信息采集以后会输出至位置处理单元。

位置处理单元130，用于根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息。

在本发明实施例中，所述当前位置信息包括：移动平台相对于所述第一标识物及第二标识物距离信息Z1与Z2，以及移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息θ。因此，当前位置信息为(Z1，Z2，θ)。

在本发明的一个实施例中，如图11所示，位置处理单元130进一步包括：

第一计算子单元131，用于根据所述像素信息、摄像头焦距f、双目摄像头中两摄像头相对距离T、标识物横向宽度W计算，以获得移动平台相对于所述第一标识物和第二标识物距离信息。

在本发明实施例中，第一计算子单元131进一步包括：

若所述双目摄像头两个摄像头所获取的图像信息中同时包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，则利用双目测距原理计算，以获得所述距离信息；

在本发明的一个实施例中，如图5、图6所示，其中，图5中M1点为第一标识物所在位置，M2点为第二标识物所在位置，R点为机器人所在位置，图6中的P点用于指代M1或M2。其中，移动平台R到第一标识物的距离RM1以及移动平台到第二标识物的距离RM2通过移动平台上的双目摄像头测量，两个标识物之间的距离M1M2已知(可以人为输入或者在初始的时候移动平台测得)。移动平台相对第一标识物和第二标识物的位置角∠RM1M2可以通过三角函数计算得到。

则标识物与双目摄像头的距离Z计算如下：

其中x^l、x^r分别表示为标识物在第一摄像头及第二摄像头的图像信息中的像素位置，d表示x^l、x^r之间的像素距离。

若所述第一摄像头与第二摄像头的视野中无法同时包含所述第一标识物或第二标识物，则利用单孔成像原理计算，以获得所述距离信息。

在本发明的一个实施例中，若同一时间双目摄像头中只能有一个摄像头能够看到标识物(第一标识物或第二标识物)，则标识物与双目摄像头的距离可以根据已知的标识物的宽度，通过单孔成像的原理进行计算：

式中，W为标识物的宽度(例如当标识物为标杆时，该宽度即为标杆的宽度)，x_w为标识物在图像中的像素宽度。

第二计算子单元132，用于根据所述移动平台到所述第一标识物和第二标识物的距离信息，以预设规则进行处理，以获得移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息。

在本发明的一个实施例中，移动平台相对第一标识物1和第二标识物2的位置角计算如下：

在本发明实施例中，当计算出θ的大小时，还需进一步确认θ的方向。为了确认θ的方向，本发明实施例提供的定位方法还包括如下步骤：

记录每个时刻所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息，以形成历史位置信息。

在本发明实施例中，移动平台在移动过程中会将所定位的各个位置进行记录，以形成历史位置信息。

在本发明的一种实施例中，第二计算子单元132进一步还包括：角位置第一处理模块，用于：

若所述距离信息与所述历史位置信息中的第一历史位置信息相同，则判断从获取到所述第一历史位置信息开始到获取所述距离信息的区间内，所述移动平台是否经过所述第一标识物与所述第二标识物的连线上的位置。

若判断为是，则按预设规则记录所述位置角信息，以与所述第一历史位置信息中的位置角的信息区别。

在本发明实施例中，如图7所示，若当前测量点上测出的移动平台到所述第一标识物和第二标识物的距离信息与历史位置信息中的某一历史位置信息相同，这里为了描述方便，采用“第一历史位置信息”来表述该某一历史地理位置信息；那么便判断从获取到所述第一历史位置信息开始到获取所述距离信息的区间内，所述移动平台是否经过所述第一标识物与所述第二标识物的连线上的某个位置，例如M＇。假设移动平台在M1M2连线的左侧存在位置点R，那么在M1M2连线的右侧存在一个与R点对称的点R＇，可以得到相同的距离信息：R＇M1＝RM1，R＇M2＝RM2；因此若仅通过距离信息和角度大小是无法准确确定移动平台在R点与R＇点时的位置信息。因此，本实施例所采用的方法，就是若当前的距离信息与第一历史位置信息中的距离信息相同时，通过判断小车是否经过M1M2连线的方式，来判断移动平台是经过同一个点，还是不同点；所以，进一步可以确定位置角θ的方向，例如可将位置角θ在M1M2的左侧设定为负，将位置角θ在M1M2的右侧设定为正，从而准确地确认小车的位置角。

在本发明的另一种实施例中，本方法还包括与所述第一标识物及第二标识物不在同一直线上的第三标识物，第三标识物的位置为M3。

第二计算子单元132进一步还包括：

角位置第二处理模块，用于若未检测到所述历史位置信息或移动平台处于所述第一标识物和第二标识物连线附近时，则获取并处理所述第三标识物的图像信息，计算以获得所述移动平台相对于所述第三标识物的距离信息，根据所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物，以及第三标识物的距离信息，确定所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物的位置角信息。

在本发明实施例中，当移动平台没有历史位置信息的记录，或者移动平台处于M1M2连线的附近时，则无法通过模块a及模块b进行判断，或者判断较为繁琐、易出错；根据移动平台测得的到两个标识物之间的距离计算得到的位置角度有可能为正，也有可能为负，即机器人有可能处于M1M2连线对称的位置中的一个。这个时候需要移动机器人测量第三标识物的距离，以此协助判断角度的正负。如图8所示，假设M3M1垂直于M1M2，则如果RM3²＞RM1²+M1M3²，则移动机器人在M1M2的右侧，否则在M1M2的左侧。通过这种方式也实现了对位置角θ的方向的确定。

上述发明实施例提供的定位装置，通过获取并处理第一标识物与第二标识物的图像信息，以计算移动平台相对于第一标识物与第二标识物的位置，从而实现了对移动平台的定位，通过本方法能够对移动平台进行准确地定位，定位精度高；本方法所用到的设备的成本低，并且不会对人造成伤害，安全性能较高。

实施例三：

本发明还提供了一种定位系统，所述系统包括：移动平台，以及预设的第一标识物、第二标识物；本实施例中的移动平台，包括实施例二中任意一种定位装置。

本发明实施例提供的定位系统，通过获取并处理第一标识物与第二标识物的图像信息，以计算移动平台相对于第一标识物与第二标识物的位置，从而实现了对移动平台的定位，本发明的方法能够对移动平台进行准确地定位，定位精度高，大大提高了割草效率及割草覆盖率，且本方法所用到的设备的成本低，并且不会对人造成伤害，安全性能较高。

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 (13)

1.一种定位方法，应用于定位系统中，所述定位系统包括：移动平台、预设的第一标识物与第二标识物、以及与所述第一标识物及第二标识物不在同一直线上的第三标识物；其特征在于，所述方法包括如下步骤：

通过图像获取单元获取所述第一标识物以及第二标识物的图像信息，所述图像获取单元为双目摄像头；

通过图像处理单元处理所述图像信息，并输出图像处理结果，具体包括：

判断所述图像信息中是否包含与所述第一标识物或第二标识物的特征相匹配的信息；若是，则将所述图像信息中与所述第一标识物或第二标识物对应的像素信息进行提取并输出；

根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息；

记录每个时刻所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息，以形成历史位置信息；

所述当前位置信息包括移动平台相对于所述第一标识物及第二标识物距离信息、以及移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息，所述根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息的步骤，包括：

根据所述像素信息、摄像头焦距、双目摄像头中两摄像头相对距离、标识物横向宽度计算，以获得移动平台相对于所述第一标识物和第二标识物距离信息；

根据所述移动平台到所述第一标识物和第二标识物距离，以预设规则进行处理，以获得移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息；

若未检测到所述历史位置信息或移动平台处于所述第一标识物和第二标识物的连线的附近时，则获取并处理所述第三标识物的图像信息，计算以获得所述移动平台相对于所述第三标识物的距离信息，根据所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物，以及第三标识物的距离信息，确定所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物的位置角信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过图像获取单元获取所述第一标识物以及第二标识物的图像信息的步骤，包括：

若所述双目摄像头的视野中不包含所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动第一预设角度；

重复上一步骤，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重复上一步骤，直到所述双目摄像头中的第一摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物的步骤之后，还包括：

若所述双目摄像头中的第一摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息时，则控制所述双目摄像头转动第二预设角度；

重复上一步骤，直到所述双目摄像头的两个摄像头所获取的图像信息中均包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，获取对应的图像信息；或者直到所述第一标识物或第二标识物移出所述第一摄像头的视野时，双目摄像头的第二摄像头的视野中仍未出现所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动，使所述第一摄像头或第二摄像头对准所述第一标识物或第二标识物，并获取对应的图像信息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一标识物或第二标识物对应的图像信息并输出的步骤之后，还包括：

控制所述双目摄像头转动第三预设角度，所述第三预设角度根据所述双目摄像头的视野角度以及历史定位记录确定；

控制所述双目摄像头以第四预设角度为一个转动单位连续转动，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标志物或第二标识物中的另一者，并获取对应的图像信息。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述像素信息、摄像头焦距、双目摄像头中两摄像头相对距离、标识物横向宽度计算，以获得移动平台相对于所述第一标识物和第二标识物距离信息的步骤具体包括：

若所述双目摄像头两个摄像头所获取的图像信息中同时包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，则利用双目测距原理计算，以获得所述距离信息；

若第一摄像头与第二摄像头的视野中无法同时包含所述第一标识物或第二标识物，则利用单孔成像原理计算，以获得所述距离信息。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述移动平台到所述第一标识物和第二标识物距离信息，以预设规则进行处理，以获得移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息的步骤之后，还包括：

若所述距离信息与所述历史位置信息中的第一历史位置信息相同，则判断从获取到所述第一历史位置信息开始到获取所述距离信息的区间内，所述移动平台是否经过所述第一标识物与所述第二标识物的连线上的位置；

若判断为是，则按预设规则记录所述位置角信息，以与所述第一历史位置信息中的位置角的信息区别。

7.一种定位装置，应用于定位系统中，所述定位系统包括：移动平台、预设的第一标识物与第二标识物、以及与所述第一标识物及第二标识物不在同一直线上的第三标识物；其特征在于，所述装置包括：

图像获取单元，用于获取所述第一标识物以及第二标识物的图像信息，所述图像获取单元为双目摄像头；

图像处理单元，用于处理所述图像信息，并输出图像处理结果，所述图像处理单元包括：

特征信息匹配模块，判断所述图像信息中是否包含与所述第一标识物或第二标识物的特征相匹配的信息；像素信息提取模块，用于当判断为是，则将所述图像信息中与所述第一标识物或第二标识物对应的像素信息进行提取并输出；

位置处理单元，用于根据所述图像处理结果、图像处理单元的预设参数、第一标识物的位置信息，以及第二标识物的位置信息进行计算，以获得所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息；

位置信息记录单元，用于记录每个时刻所述移动平台相对于所述第一标识物和/或第二标识物的当前位置信息，以形成历史位置信息；

所述当前位置信息包括：移动平台相对于所述第一标识物及第二标识物距离信息，以及移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息；

所述位置处理单元包括：

第一计算子单元：用于根据所述像素信息、摄像头焦距、双目摄像头中两摄像头相对距离、标识物横向宽度计算，以获得移动平台相对于所述第一标识物和第二标识物距离信息；

第二计算子单元：用于根据所述移动平台到所述第一标识物和第二标识物距离，以预设规则进行处理，以获得移动平台相对于所述第一标识物或第二标识物的位置角信息；

所述第二计算子单元还包括位置角信息第二计算模块：

用于若未检测到所述历史位置信息或移动平台处于所述第一标识物和第二标识物连线附近时，则获取并处理所述第三标识物的图像信息，计算以获得所述移动平台相对于所述第三标识物的距离信息，根据所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物，以及第三标识物的距离信息，确定所述移动平台相对于所述第一标识物、第二标识物的位置角信息。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述图像获取单元包括：

第一转动控制模块：若所述双目摄像头的视野中不包含所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动第一预设角度；

第一循环模块，重复上一步骤，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述图像获取单元还包括：

第二转动控制模块，用于若所述双目摄像头中的第一摄像头的视野中包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息时，则控制所述双目摄像头转动第二预设角度；

第一图像信息获取模块，重复上一步骤，直到所述双目摄像头的两个摄像头所获取的图像信息中均包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，获取对应的图像信息；或者直到所述第一标识物或第二标识物移出所述第一摄像头的视野时，双目摄像头的第二摄像头的视野中仍未出现所述第一标识物或第二标识物，则控制所述双目摄像头转动，使所述第一摄像头或第二摄像头对准所述第一标识物或第二标识物，并获取对应的图像信息。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述图像获取单元还包括：

第三转动控制模块，用于控制所述双目摄像头转动第三预设角度，所述第三预设角度根据所述双目摄像头的视野角度以及历史定位记录确定；

第二图像信息获取模块，用于控制所述双目摄像头以第四预设角度为一个转动单位连续转动，直到所述双目摄像头的视野中包含所述第一标志物或第二标识物中的另一者，并获取对应的图像信息。

11.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述第一计算模块子单元包括：

距离信息第一计算模块，用于若所述双目摄像头两个摄像头所获取的图像信息中同时包含所述第一标识物或第二标识物的特征信息，则利用双目测距原理计算，以获得所述距离信息；

距离信息第二计算模块，若第一摄像头与第二摄像头的视野中无法同时包含所述第一标识物或第二标识物，则利用单孔成像原理计算，以获得所述距离信息。

12.如权利要求7所述装置，其特征在于，所述第二计算子单元还包括：位置角信息第一计算模块：

判断单元：用于若所述距离信息与所述历史位置信息中的第一历史位置信息相同，则判断从获取到所述第一历史位置信息开始到获取所述距离信息的区间内，所述移动平台是否经过所述第一标识物与所述第二标识物的连线上的位置；

若判断为是，按预设规则记录所述位置角信息，以与所述第一历史位置信息中的位置角的信息区别。

13.一种定位系统，其特征在于，所述系统包括：移动平台，以及预设的第一标识物、第二标识物、第三标识物；

所述移动平台，包括如权利要求7-12中任意一项所述的装置。

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