CN107037814B - 无轨观览车的空间定位系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

一种无轨观览车的空间定位系统，应用了摄影测量中的单像空间后方交会原理，在无轨观览车的行进空间上方安装有多块编码标志板，每块标志板上有规律地安装有红外LED灯珠，灯珠的空间物理坐标由全站仪测得，用安装于车上的红外摄像头对车体正上方的标志板进行拍摄，通过DSP接口板的图像处理算法识别出所拍标志板的编码以及标志板上灯珠在图像中的图像坐标，把灯珠的物理空间坐标和图像坐标代入单像空间后方交会原理即可解算出摄像头的空间物理坐标，从而获得小车的空间物理坐标，因此本发明的结构更合理，应用本定位系统后在调整观览车的行走轨迹时不会增加成本，进而真正实现无轨车在空间中的任意行走。

Description

无轨观览车的空间定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种无轨观览车的空间定位系统和方法。

背景技术

传统观览式游乐设备都是载客小车运行在固定的轨道上，而受轨道的限制，轨道车的行走轨迹也会受到一定的限制。近年出现了新式的无轨车设备，如香港迪士尼的迷离庄园项目应用到了无轨车技术。目前市场上的无轨车设备大都采用工业AGV小车广泛使用的磁场导引方式，在计划的行走轨迹地下预埋一条电缆，预埋电缆中通以交变电流，从而在电缆周围产生交变的磁场，在小车底盘上安装拾电和磁场检测元件，通过磁感应效应同时为小车进行车载供电和导航。虽然这种导航技术目前已经相对成熟，但在游乐设备上应用存在一些限制，如由于需要在行走轨迹下预埋电缆，这不仅增加了施工成本，而且一旦施工完成则难以更改行走轨迹，另外，还受所埋电缆的限制，转弯半径也不能太小，不能实现像“直角转弯”比较刺激、好玩的运动形式等。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提出了一种结构更合理的无轨观览车的空间定位系统，应用本定位系统后在调整观览车的行走轨迹时不会增加成本，进而真正实现无轨车在空间中的任意行走。

本发明的另一目的是提供了无轨观览车的空间定位系统的定位方法。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种无轨观览车的空间定位系统，包括多块设在观览车行进空间上方的标志板、安装在无轨车车体上的红外摄像头和 DSP接口板，其中：

在所述标志板上设有多个标志点，在每个标志点上安装有单个或多个排列成直线的红外灯珠，除首尾标志点外，相邻标志点之间的距离相同，且小于首尾标志点之间的距离；相邻标志板的最近标志点之间的距离大于每块板的首尾标志点之间的距离；

所述红外摄像头固定在无轨车车体上并且朝向标志板；

所述DSP接口板是带DSP芯片的PCB板，其与该红外摄像头连接。

在对上述无轨观览车的空间定位系统的改进方案中，在所述红外摄像头前加装滤光片。

一种无轨观览车的空间定位统的定位方法，将标志板上只有单个红外灯珠的标志点代表编码“0”，有两个或以上红外灯珠排列成直线的标志点代表编码“1”，以此将每块标志板按灯珠的排列顺序组合成一个二进制编码，接下来的定位步骤包括：

一、无轨观览车在按预定的轨迹行走时，其上摄像头对着正上方的标志板进行拍摄；拍摄得到一张至少包含一块完整标志板后，DSP接口板内的图像处理程序会先判断出图像中有多少个光斑并找到他们的中心坐标，然后通过聚类算法根据光斑与光斑之间的中心距离判断出哪些光斑属于同一块标志板以及相互之间的排列顺序，由光斑的相对大小可以判断出是点状光斑还是线状光斑，从而判定出该位标志点是“0”还是“1”，至此一块标志板上的编码可以完整得出，通过查表即可得出此标志板上各标志点的空间物理坐标；

二、结合标志点的空间物理坐标、图像坐标、摄像头参数，应用单像后方交会原理算法即可得出摄像头的外方位元素，以此得到无轨观览车所在空间物理坐标以及姿态，也就确定了观览车的空间位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：由于它应用了摄影测量中的单像空间后方交会原理，在无轨观览车的行进空间上方安装有多块编码标志板，每块标志板上有规律地安装有红外LED灯珠，灯珠的空间物理坐标由全站仪测得，用安装于车上的红外摄像头对车体正上方的标志板进行拍摄，通过DSP接口板的图像处理算法识别出所拍标志板的编码以及标志板上灯珠在图像中的图像坐标，把灯珠的物理空间坐标和图像坐标代入单像空间后方交会原理即可解算出摄像头的空间物理坐标，从而获得小车的空间物理坐标，这样完成定位后，小车的车载控制系统用这个坐标和预编程的行进轨迹做对比，从而修正自身的行进路线，实现导航的功能，当观览车预设的行进轨迹要改变时，只需要操作车载控制系统改变程序即可，而无需对定位系统进行调整，可以看出，本发明的成本比传统定位系统要低得多，具有成本优势，它无需像传统AGV小车那样在地下预埋电缆，减小了施工难度，且没有了预埋电缆的限制，无轨车的行进路径完全靠编程实现，使得在玩法策划上更加灵活，也便于对项目进行改造，因此本发明的结构更合理，应用本定位系统后在调整观览车的行走轨迹时不会增加成本，进而真正实现无轨车在空间中的任意行走。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

【附图说明】

图1 是本发明实施例的样车结构示意图；

图2 是本发明实施例的标志板示意图；

图3是本发明实施例的总体布局结构示意图；

图4是单像空间后方交会示意图。

【具体实施方式】

一种无轨观览车的空间定位系统，如图1至4所示，包括多块设在行进空间上方的标志板1、安装在无轨车车体2上的红外摄像头3和 DSP接口板（图中未示出），其中：

如图2所示，在所述标志板1上设有多个标志点11（在此，所有标志点排列成n型），在每个标志点11上安装有单个或多个红外灯珠，其中单个灯珠代表编码“0”，多个排列成直线的红外灯珠代表编码“1”，沿n型排列按顺序组合成一个二进制编码00010100，于是如图2示意的标志板的编码为0x14。另一方面，红外摄像头3固定在无轨车车体2上，摄像头前通常会加装滤光片来去除可见光的干扰，摄像头连接到一块DSP接口板（是以DSP芯片为核心的PCB板）上，该接口板上运行整套图像处理以及后方交会算法，DSP接口板是一种常见的数字信号处理板，在此不再详述。应用时，小车在空间中行走，摄像头对着正上方的标志板1进行拍摄，如图3所示。拍摄得到一张至少包含一块完整标志板的后，DSP接口板内的图像处理程序会先判断出图像中有多少个光斑并找到他们的中心坐标（对应标志板上的标志点红外LED灯珠），然后通过聚类算法根据光斑与光斑之间的中心距离判断出哪些光斑属于同一块标志板以及相互之间的排列顺序，由光斑的相对大小可以判断出是点状光斑还是线状光斑从而判定出该位标志点是“0”还是“1”，至此一块标志板上的编码可以完整得出，通过查表即可得出此标志板上各标志点的空间物理坐标；结合标志点的空间物理坐标、图像坐标、摄像头参数等，应用单像后方交会原理算法即可得出摄像头的外方位元素，亦即摄像头所在空间物理坐标以及姿态。由于摄像头是固定在车体上的，因此摄像头与车体中心的几何关系也是固定的，可以推出只要获得摄像头的空间物理坐标，则车体的空间物理坐标可以通过固定的几何关系转换得到，从而观览车的空间位置。观览车获得车体的位置后，车载的控制系统根据所得车体坐标以及预编程的行进轨迹数据，评估车体与设计轨迹的偏离程度，根据这个偏离程度选取合适的控制算法引导无轨车沿着预定轨迹行走。车载的控制系统的比较，可以采用工业PLC还是工控PC机或其他等。

图4所示为单像空间后方交会原理，已广泛应用于物理空间领域，在此不再详述。

由上可以看出，本发明是在无轨车设备上安装摄像头，然后在行进空间上方安装标志点，通过拍摄标志点来对无轨车进行定位导航，应用这种方式不需再于地下埋设电缆，无轨车的行进轨迹规划更加灵活，定位系统成本更加低廉，且易于对行进轨迹进行修改，有利于对项目进行改造。

尽管参照上面实施例详细说明了本发明，但是通过本公开对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所述的权利要求限定的本发明的原理及精神范围的情况下，可对本发明做出各种变化或修改。因此，本公开实施例的详细描述仅用来解释，而不是用来限制本发明，而是由权利要求的内容限定保护的范围。

Claims (2)

1.一种无轨观览车的空间定位系统，其特征在于，包括多块设在观览车行进空间上方的标志板、安装在无轨车车体上的红外摄像头和 DSP接口板，其中：

在所述标志板上设有多个标志点，在每个标志点上安装有单个或多个排列成直线的红外灯珠，除首尾标志点外，相邻标志点之间的距离相同，且小于首尾标志点之间的距离；相邻标志板的最近标志点之间的距离大于每块板的首尾标志点之间的距离；将标志板上只有单个红外灯珠的标志点代表编码“0”，有两个或以上红外灯珠排列成直线的标志点代表编码“1”，以此将每块标志板按灯珠的排列顺序组合成一个二进制编码；无轨观览车在按预定的轨迹行走时，其上摄像头对着正上方的标志板进行拍摄；拍摄得到一张至少包含一块完整标志板后，DSP接口板内的图像处理程序会先判断出图像中有多少个光斑并找到他们的中心坐标，然后通过聚类算法根据光斑与光斑之间的中心距离判断出哪些光斑属于同一块标志板以及相互之间的排列顺序，由光斑的相对大小可以判断出是点状光斑还是线状光斑，从而判定出该位标志点是“0”还是“1”，至此一块标志板上的编码可以完整得出，通过查表即可得出此标志板上各标志点的空间物理坐标；结合标志点的空间物理坐标、图像坐标、摄像头参数，应用单像后方交会原理算法即可得出摄像头的外方位元素，以此得到无轨观览车所在空间物理坐标以及姿态，也就确定了观览车的空间位置；

所述红外摄像头固定在无轨车车体上并且朝向标志板；

所述DSP接口板是带DSP芯片的PCB板，其与该红外摄像头连接。

2.根据权利要求1所述的无轨观览车的空间定位系统，其特征在于，在所述红外摄像头前加装滤光片。