CN108344401B - 定位方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位方法，包括：利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。本发明还公开了一种定位装置、计算机可读存储介质。本发明能够解决现有定位技术中车载相机在使用过程难免松动，影响定位精度的问题。

Description

定位方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种定位方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

近几年，随着制造业自动化程度的提高，对用于实现物料运输的室内移动机器人AGV的研究倍受关注，其定位问题也是许多学者研究的热点。目前，在视觉定位方面，一般在小车上安装360度摄像头，环境中安装固定陆标，通过陆标的空间和图像两方面信息融合，车载相机对定位标志的检测实现自身的定位，车载相机在使用过程难免松动，影响定位精度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种定位方法、装置及计算机可读存储介质，旨在解决现有定位技术车载相机在使用过程容易松动，影响定位精度的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种主题定位方法，所述定位方法包括：

利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；

根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；

根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

优选地，所述根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标包括：

根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；

根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。

优选地，所述定位方法还包括：

基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；

根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定所述预设公式。

优选地，所述根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标包括：

根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

优选地，所述定位方法还包括：

根据图像坐标系的像素单位与所述局部物理坐标系的长度单位确定所述预设转换系数。

为实现上述目的，本发明还提供一种定位装置，所述定位装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的定位程序，所述定位程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；

根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；

根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

优选地，所述定位程序被所述处理器执行时还实现以下步骤：

根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；

根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。

优选地，所述定位程序被所述处理器执行时还实现以下步骤：

基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；

根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定所述预设公式。

优选地，所述定位程序被所述处理器执行时还实现以下步骤：

根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有定位程序，所述定位程序被处理器执行时实现如上所述的定位方法的步骤。

本发明提供一种定位方法，装置和计算机可读存储介质。在该方法中，在预设位置配置图像获取设备，在定位对象上设置定位标志，所述定位方法包括：利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。通过上述方式，图像获取设备固定地配置在预设位置，在定位对象上设置定位标志，通过图像获取设备对定位标志的检测实现定位，从而解决现有的定位技术中车载相机在使用过程中容易松动，影响定位精度的问题。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境中定位装置所属终端的结构示意图；

图2为本发明定位方法第一实施例和定位装置第一实施例的流程示意图；

图3为本发明定位方法第二实施例和定位装置第二实施例的流程示意图；

图4为本发明定位方法第三实施例和定位装置第三实施例的流程示意图；

图5为本发明定位方法第四实施例和定位装置第四实施例的流程示意图；

图6为本发明定位方法第五实施例的流程示意图；

图7为本发明定位方法和定位装置实施例坐标转换示意图；

图8为本发明定位方法和定位装置实施例定位方案示意图。

具体实施方式

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。

在现有的视觉定位技术中，一般在小车上安装360度摄像头，环境中安装固定陆标，通过陆标的空间和图像两方面信息融合，车载相机对定位标志的检测实现自身的定位，车载相机在使用过程难免松动，影响定位精度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种定位方法，通过在该方法中，先利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标，再根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标，然后根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。从而解决现有定位技术中车载相机在使用过程难免松动，影响定位精度的问题。

如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图。

本发明实施例终端可以是PC，也可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器、MP3(Moving Picture Experts Group Audio Layer III，动态影像专家压缩标准音频层面3)播放器、MP4(Moving Picture Experts Group Audio Layer IV，动态影像专家压缩标准音频层面4)播放器、便携计算机等具有显示功能的可移动式终端设备。

如图1所示，该终端可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI 接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

可选地，终端还可以包括摄像头、RF(Radio Frequency，射频)电路，传感器、音频电路、WiFi模块等等。其中，传感器比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器可包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示屏的亮度，接近传感器可在移动终端移动到耳边时，关闭显示屏和/或背光。作为运动传感器的一种，重力加速度传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别移动终端姿态的应用(比如横竖屏切换、相关游戏、磁力计姿态校准)、振动识别相关功能(比如计步器、敲击)等；当然，移动终端还可配置陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的终端结构并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及定位程序。

在图1所示的终端中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于连接客户端(用户端)，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的定位程序，并执行以下操作：

利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；

根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；

根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的定位程序，还执行以下操作：

根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；

根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的定位程序，还执行以下操作：

基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；

根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定所述预设公式。

进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的定位程序，还执行以下操作：

根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

基于上述硬件结构，提出本发明定位方法的实施例。

参照图2，图2为本发明定位方法第一实施例流程示意图，在本实施例中在预设位置配置图像获取设备，在定位对象上设置定位标志，所述定位方法包括：

步骤S10，利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；

在本发明实施例中，该定位方法应用于定位技术领域，例如应用在物料运输的室内移动机器人AGV的定位系统中。近几年，随着制造业自动化程度的提高，对用于实现物料运输的室内移动机器人AGV的研究倍受关注，其定位问题也是许多学者研究的热点。目前，在视觉定位方面，一般在小车上安装360度摄像头，环境中安装固定陆标，通过陆标的空间和图像两方面信息融合，车载相机对定位标志的检测实现自身的定位，车载相机在使用过程难免松动，影响定位精度，且车载相机在不同位置对标识的检测受外界障碍物影响较大。

在本实施例中，定位对象可以为各种移动机器人,例如AGV小车，图像获取设备可以是摄像头等可以获取图像的设备，定位标志为在图像获取设备中获取的图像中易于与周边环境区别的标识，可以是标识物或者标识图像。其中，图像获取设备固定安装在定位对象活动区域中的任意位置，为了更好的获取AGV小车的位置，可以优选将摄像头安装在天花板上，定位标志配置在AGV小车上表面中心位置上，再以AGV小车在物理地面投影点的坐标作为AGV小车的坐标。在本实施例中，可以先通过安装在天花板上的摄像头获取安装在AGV小车上的定位标志的图像坐标，定位标志的第一图像坐标指的是定位标志在摄像头拍摄图像画面的成像点在图像坐标系中的坐标。如图7 所示，图7为本发明坐标转换示意图，在图像中，图像左上角为原点，图像两边分别为x轴和y轴，xoy坐标系表示图像坐标系，在图像测量的坐标是图像坐标，单位为像素。与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点。在本实施例中，如果摄像头无畸变，图像是将摄像头拍摄到的照片进行俯视变换后得到的俯视图，若摄像头有畸变，先将摄像头拍摄的照片进行畸变校正后，再进行俯视变换后得到的俯视图。

步骤S20，根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；

本实施例的第一局部物理坐标为定位在局部物理坐标系中的坐标。基于上述步骤，获取了定位标志的图像坐标后，可以根据该图像坐标和预设转换系数确定定位对象的局部物理坐标。具体的以X轴的坐标为例，如图8所示，图8为本发明定位方案示意图，在天花板上布置摄像头，与地面高度为H，小车高度为h，在局部物理坐标中，小车横坐标为X_b(即定位标志在物理地面投影点的横坐标为X_b)，摄像头与小车顶部中心位置连线交于地面位置的横坐标为X_t。如图8所示，根据相似三角形的相关定理，1-h/H＝(X_b-L_x)/(X_t-L_x)，即X_b＝(1-h/H)*(X_t-L_x)+L_x，由于(1-h/H)是一个定值，用a代替，则： X_b＝a(X_t-L_x)+L_x。如上一步骤所述，与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O 点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点，则X_t为定位标志的图像坐标对应的局部物理坐标在X轴上的值。在本实施例中可以根据图片尺寸与实际物理地面的大小比例确定图像坐标值与对应的局部物理地面坐标值的转换系数，也可以根据图像坐标系的像素单位与所述局部物理坐标系的长度单位确定所述预设转换系数。并在定位过程中根据该转换系数和图像坐标确定对应的局部物理坐标。例如，转换系数为k，定位标志的图像坐标为的横坐标值为x_t，则X_t＝kx_t。在局部物理坐标系中, X_b＝a(X_t-L_x)+L_x。相应的，在图像坐标系中有：x_b＝a(x_t-l_x)+l_x。其中a和 l_x可以通过把小车放在多个不同的位置上获取的多个x_b和x_t算得。在本实施例中，可以预先算得a和l_x的值获得根据x_t计算x_b的预设公式。在定位过程中，确定x_t值之后，根据该预设公式计算x_b值，然后再根据预设的图像坐标与局部物理坐标的转换系数确定小车在物理地面投影点的局部物理坐标X_b，将X_b作为定位对象，在本实施例中即AGV小车的局部物理坐标。

步骤S30，根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

本实施例中的全局物理坐标系即世界坐标系，即真实或现实世界坐标系，它是客观世界的绝对坐标，这里只考虑地面坐标，是一个二维空间坐标系，如图7所示，全局物理坐标用X_gO_gY_g表示，将局部物理坐标变换到全局物理坐标，可以看作将局部物理坐标系做一个旋转θ角度后，再平移(T_x，T_y) 得到，转换关系可以通过旋转变换矩阵或者和平移变换矩阵表示或通过齐次坐标矩阵表示。以旋转变换矩阵和平移变换矩阵：

通过齐次坐标矩阵变换表示为：

以X_g的计算方法为例，X_g＝X_lcosθ-Y_lsinθ+Τ_x，基于上述步骤，计算获得定位标志的图像坐标对应的局部物理坐标X_b和对应的Y_b后，将X_b与Y_b的值代入上述X_l与Y_l的位置即可计算X_g与Y_g的值，从而获得定位标志的全局物理坐标，并将定位标志的全局物理坐标作为定位对象的全局物理坐标。在本实施例中，可以将定位标志配置在定位对象的上表面的中心位置，使得定位标志的全局物理坐标更好的代表定位对象的坐标。

在本实施例中，在预设位置配置图像获取设备，在定位对象上设置定位标志，利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。通过上述方式，图像获取设备固定地配置在预设位置，在定位对象上设置定位标志，通过图像获取设备对定位标志的检测实现定位，从而解决现有的定位技术中车载相机在使用过程中容易松动，影响定位精度的问题。

进一步地，参照图3，图3为本发明定位方法第二实施例流程示意图，基于上述本发明提示的定位方法，提出本发明的第二实施例。

基于上述实施例，在本实施例中，步骤S20包括：

步骤S40，根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；

步骤S50，根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。

在本实施例中，本实施例的预设公式为根据成像原理和近似三角形的相关定理确定的第二图像坐标和第一图像坐标的关系公式。如图8所示，图8 为本发明定位方案示意图，在天花板上布置摄像头，与地面高度为H，小车高度为h，在局部物理坐标中，小车横坐标为X_b(即定位标志在物理地面投影点的横坐标为X_b)，摄像头与小车顶部中心位置连线交于地面位置的横坐标为X_t。根据相似三角形的相关定理，1-h/H＝(X_b-L_x)/(X_t-L_x)，即：X_b＝(1-h/H) *(X_t-L_x)+L_x，由于(1-h/H)是一个定值，用a代替，则X_b＝a(X_t-L_x)+Lx，对应地，在图像坐标系中，对于定位标志的第一图像坐标和定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标的预设公式为x_b＝a(x_t-l_x)+l_x。其中a和l_x为预先确定的常数，在本实施例中，可以从拍摄的图像中获得定位标志的第一图像坐标x_t，然后根据预设公式x_b＝a(x_t-l_x)+l_x确定定位标志的投影点的第二图像坐标x_b。

在本实施例中，预设转换系数为图像坐标与图像对应的真实物理地面的局部物理坐标关系系数，一般为倍率系数，即将以像素为单位的图像坐标转换成以长度单位，如毫米，为单位的局部物理坐标的倍率系数。第二局部物理坐标指的是定位标志的坐标对应在局部物理坐标，例如，定位标志在拍摄的图片中点Q位置，拍摄图片对应的物理地面为点Q’，则局部物理坐标为点 Q’在局部物理坐标系中的坐标。如图7所示，图7为本发明坐标转换示意图，在图像中，图像左上角为原点，图像两边分别为x轴和y轴，xoy坐标系表示图像坐标系，在图像测量的坐标是图像坐标，单位为像素。与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点。以X轴的坐标为例，如上一步骤所述，与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点，则X_t为定位标志的图像坐标对应的局部物理坐标在X轴上的值，。在本实施例中可以根据图片尺寸与实际物理地面的大小比例确定图像坐标值与对应的局部物理地面坐标值的转换系数，并在定位过程中根据该转换系数和图像坐标确定对应的局部物理坐标。例如，转换系数为k，则X_b＝kx_b，在本实施例中，根据预设公式和第一图像坐标计算出第二图像坐标x_b后，可以根据预设转换系数k计算投影点的局部物理坐标X_b。在本实施例中，可以预先将定位标志配置在AGV小车的上表面中心位置，然后以定位标志在物理地面投影点的局部物理坐标作为 AGV小车的局部物理坐标。

在本实施例中，根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。通过上述方式，根据定位标志的图像坐标计算确定定位标志的局部物理坐标。

在本实施例中，根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。通过上述方式，根据定位标志的图像坐标计算确定定位标志的局部物理坐标。

进一步地，基于上述本发明提示的定位方法，参照图4，提出本发明定位方法的第三实施例。

基于上述所示的实施例，在本实施例中，所述定位方法还包括：

步骤S60，基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；

步骤S70，根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定所述预设公式。

基于上述实施例，在局部物理坐标系中有X_b＝a(X_t-L_x)+L_x，相应的，在图像坐标系中有x_b＝a(x_t-l_x)+l_x，在定位过程中要向根据x_t计算确定x_b，必须预先确定a的值和l_x的值，a的值和l_x不便直接测量，可以由以下方法得到：在本实施例中，将AGV小车放在不同位置，获得图像中不同的x_t和x_b的数值集合，根据x_t和x_b的数值集合确定a和l_x值。具体地，将AGV小车放置于摄像头下方不同位置，测量出2n组(n≥1)小车顶部中心和底部中心位于图像中的x坐标组成向量x_t和x_b，将x_t和x_b中前n项与后n项作差，得到n ×1矩阵记为d_t和d_b,由下式计算a和l_x：

在本实施例中，为获得x_b，拍摄图片时，在物理地面上小车附近作一地面标志，使得地面标志与定位标志在物理地面投影点的连线平行于局部物理坐标系横轴Y_l轴，则地面标志的横坐标值与x_b相等，在拍摄的图片中获取地面标志的横坐标值。

在本实施例中，基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定所述预设公式。通过上述方式，可以预先根据获取的定位坐标的图像坐标对应的局部物理坐标值和定位标志的实际局部物理坐标值准确确定两者之间的关系。

进一步地，参照图5，提出本发明定位方法的第四实施例。在本实施例中，步骤S30包括：

步骤S80，根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

基于上述实施例，在本实施例中，局部物理坐标系和全局物理坐标系都是真实世界中物理地面的坐标系，全局物理坐标系可以由局部物理坐标系经过平移或者旋转得到。如图7所示，全局物理坐标用X_gO_gY_g表示，将局部物理坐标变换到全局物理坐标，可以看作将局部物理坐标系做一个旋转θ角度后，再平移(T_x，T_y)得到，转换关系可以通过旋转变换矩阵或者和平移变换矩阵表示或通过齐次坐标矩阵表示。以旋转变换矩阵和平移变换矩阵：

通过齐次坐标矩阵变换表示为：

以X_g的计算方法为例，X_g＝X_lcosθ-Y_lsinθ+Τx，基于上述步骤，计算获得定位标志在物理地面投影点的局部物理坐标X_b和对应的Y_b后，将X_b与Y_b的值代入上述X_l与Y_l的位置即可计算X_g与Y_g的值，从而获得定位标志的全局物理坐标，并将定位标志的全局物理坐标作为定位对象的全局物理坐标。在本实施例中，可以将定位标志配置在定位对象的上表面的中心位置，使得定位标志的全局物理坐标更好的代表定位对象的坐标。

在本实施例中，根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。通过上述方式，可以由定位标志的局部物理坐标通过旋转关系和平移关系确定定位对象的全局物理坐标。

进一步地，参照图6，提出本发明定位方法的第五实施例。在本实施例中，所述定位方法还包括：

步骤S90，根据图像坐标系的像素单位与所述局部物理坐标系的长度单位确定所述预设转换系数。

基于上述实施例，本实施例以在步骤S10之前确定预设转换系数的过程为例，在本实施例中，图像坐标系为固定在图像上的以像素为单位的平面直角坐标系，其原点位于图像左上角。局部物理坐标为物理地面坐标系。本实施例的本实施的预设转换系数为图像坐标系的像素单位与局部物理坐标系的长度单位的转换系数，具体的以X轴的坐标为例，如图8所示，图8为本发明定位方案示意图，在天花板上布置摄像头，与地面高度为H，小车高度为h，在局部物理坐标中，小车坐标为X_b，摄像头与小车顶部中心位置连线交于地面位置为X_t。与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点，则X_t为定位标志的图像坐标对应的局部物理坐标在X轴上的值。假设在图像坐标系中，定位标志的在X轴上的值为x_t，则预设转换系数为k＝X_t/x_t。在本实施例中还可以根据图片尺寸与实际物理地面的大小比例确定图像坐标值与对应的局部物理地面坐标值的转换系数。

在本实施例中，根据图像坐标系的像素单位与所述局部物理坐标系的长度单位确定所述预设转换系数。通过上述方式，预先准确确定预设图像坐标与对应局部物理坐标之间的转换系数。

进一步地，本发明还提供一种定位装置。

参考图2，提出本发明定位装置的第一实施例。在本实施例中，所述定位装置被所述处理器执行时可以实现以下步骤：

步骤S10，利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；

在本发明实施例中，该定位方法应用于定位技术领域，例如应用在物料运输的室内移动机器人AGV的定位系统中。近几年，随着制造业自动化程度的提高，对用于实现物料运输的室内移动机器人AGV的研究倍受关注，其定位问题也是许多学者研究的热点。目前，在视觉定位方面，一般在小车上安装360度摄像头，环境中安装固定陆标，通过陆标的空间和图像两方面信息融合，车载相机对定位标志的检测实现自身的定位，车载相机在使用过程难免松动，影响定位精度，且车载相机在不同位置对标识的检测受外界障碍物影响较大。

在本实施例中，定位对象可以为各种移动机器人,例如AGV小车，图像获取设备可以是摄像头等可以获取图像的设备，定位标志为在图像获取设备中获取的图像中易于与周边环境区别的标识，可以是标识物或者标识图像。其中，图像获取设备固定安装在定位对象活动区域中的任意位置，为了更好的获取AGV小车的位置，可以优选将摄像头安装在天花板上，定位标志配置在AGV小车上表面中心位置上，再以AGV小车在物理地面投影点的坐标作为AGV小车的坐标。在本实施例中，可以先通过安装在天花板上的摄像头获取安装在AGV小车上的定位标志的图像坐标，定位标志的第一图像坐标指的是定位标志在摄像头拍摄图像画面的成像点在图像坐标系中的坐标。如图7 所示，图7为本发明坐标转换示意图，在图像中，图像左上角为原点，图像两边分别为x轴和y轴，xoy坐标系表示图像坐标系，在图像测量的坐标是图像坐标，单位为像素。与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点。在本实施例中，如果摄像头无畸变，图像是将摄像头拍摄到的照片进行俯视变换后得到的俯视图，若摄像头有畸变，先将摄像头拍摄的照片进行畸变校正后，再进行俯视变换后得到的俯视图。

步骤S20，根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；

本实施例的第一局部物理坐标为定位在局部物理坐标系中的坐标。基于上述步骤，获取了定位标志的图像坐标后，可以根据该图像坐标和预设转换系数确定定位对象的局部物理坐标。具体的以X轴的坐标为例，如图8所示，图8为本发明定位方案示意图，在天花板上布置摄像头，与地面高度为H，小车高度为h，在局部物理坐标中，小车横坐标为X_b(即定位标志在物理地面投影点的横坐标为X_b)，摄像头与小车顶部中心位置连线交于地面位置的横坐标为X_t。如图8所示，根据相似三角形的相关定理，1-h/H＝(X_b-L_x)/(X_t-L_x)，即X_b＝(1-h/H)*(X_t-L_x)+L_x，由于(1-h/H)是一个定值，用a代替，则： X_b＝a(X_t-L_x)+L_x。如上一步骤所述，与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O 点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点，则X_t为定位标志的图像坐标对应的局部物理坐标在X轴上的值。在本实施例中可以根据图片尺寸与实际物理地面的大小比例确定图像坐标值与对应的局部物理地面坐标值的转换系数，也可以根据图像坐标系的像素单位与所述局部物理坐标系的长度单位确定所述预设转换系数。并在定位过程中根据该转换系数和图像坐标确定对应的局部物理坐标。例如，转换系数为k，定位标志的图像坐标为的横坐标值为x_t，则X_t＝kx_t。在局部物理坐标系中, X_b＝a(X_t-L_x)+L_x。相应的，在图像坐标系中有：x_b＝a(x_t-l_x)+l_x。其中a和 l_x可以通过把小车放在多个不同的位置上获取的多个x_b和x_t算得。在本实施例中，可以预先算得a和l_x的值，获得根据x_t计算x_b的预设公式。在定位过程中，确定x_t值之后，根据该预设公式计算x_b值，然后再根据预设的图像坐标与局部物理坐标的转换系数确定小车在物理地面投影点的局部物理坐标 X_b，将X_b作为定位对象，在本实施例中即AGV小车的局部物理坐标。

步骤S30，根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

本实施例中的全局物理坐标系即世界坐标系，即真实或现实世界坐标系，它是客观世界的绝对坐标，由用户任意定义的三维空间坐标系。一般的3D场景都用这个坐标系来表示，如图7所示，全局物理坐标用X_gO_gY_g表示，将局部物理坐标变换到全局物理坐标，可以看作将局部物理坐标系做一个旋转θ角度后，再平移(T_x，T_y)得到，转换关系可以通过旋转变换矩阵或者和平移变换矩阵表示或通过齐次坐标矩阵表示。以旋转变换矩阵和平移变换矩阵：

通过齐次坐标矩阵变换表示为：

以X_g的计算方法为例，X_g＝X_lcosθ-Y_lsinθ+Τ_x，基于上述步骤，计算获得定位标志的图像坐标对应的局部物理坐标X_b和对应的Y_b后，将X_b与Y_b的值代入上述X_l与Y_l的位置即可计算X_g与Y_g的值，从而获得定位标志的全局物理坐标，并将定位标志的全局物理坐标作为定位对象的全局物理坐标。在本实施例中，可以将定位标志配置在定位对象的上表面的中心位置，使得定位标志的全局物理坐标更好的代表定位对象的坐标。

在本实施例中，在预设位置配置图像获取设备，在定位对象上设置定位标志，利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；根据所述第一图像坐标确定所述定位对象的局部物理坐标；根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。通过上述方式，图像获取设备固定地配置在预设位置，在定位对象上设置定位标志，通过图像获取设备对定位标志的检测实现定位，从而解决现有的定位技术中车载相机在使用过程中容易松动，影响定位精度的问题。

进一步地，参照图3，提出本发明定位装置的第二实施例。在本实施例中，所述定位程序被所述处理器执行时可以实现以下步骤：

基于上述实施例，在本实施例中，步骤S20包括：

步骤S40，根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；

步骤S50，根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。

在本实施例中，本实施例的预设公式为根据成像原理和近似三角形的相关定理确定的第二图像坐标和第一图像坐标的关系公式。如图8所示，图8 为本发明定位方案示意图，在天花板上布置摄像头，与地面高度为H，小车高度为h，在局部物理坐标中，小车横坐标为X_b(即定位标志在物理地面投影点的横坐标为X_b)，摄像头与小车顶部中心位置连线交于地面位置的横坐标为X_t。根据相似三角形的相关定理，1-h/H＝(X_b-L_x)/(X_t-L_x)，即X_b＝(1-h/H) *(X_t-L_x)+L_x，由于(1-h/H)是一个定值，用a代替，则X_b＝a(X_t-L_x)+L_x，对应地，在图像坐标系中，对于定位标志的第一图像坐标和定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标的预设公式为x_b＝a(x_t-l_x)+l_x。其中a和l_x为预先确定的常数，在本实施例中，可以从拍摄的图像中获得定位标志的第一图像坐标x_t，然后根据预设公式x_b＝a(x_t-l_x)+l_x确定定位标志的投影点的第二图像坐标x_b。

在本实施例中，预设转换系数为图像坐标与图像对应的真实物理地面的局部物理坐标关系系数，一般为倍率系数，即将以像素为单位的图像坐标转换成以长度单位，如毫米，为单位的局部物理坐标的倍率系数。第二局部物理坐标指的是定位标志的坐标对应在局部物理坐标，例如，定位标志在拍摄的图片中点Q位置，拍摄图片对应的物理地面为点Q’，则局部物理坐标为点 Q’在局部物理坐标系中的坐标。如图7所示，图7为本发明坐标转换示意图，在图像中，图像左上角为原点，图像两边分别为x轴和y轴，xoy坐标系表示图像坐标系，在图像测量的坐标是图像坐标，单位为像素。与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点。以X轴的坐标为例，如上一步骤所述，与图像坐标系对应在物理地面的坐标系为局部物理坐标系，如图X_lO_lY_l，其中原点O_l相当于摄像头拍摄的图片中O点对应实际物理地面的点，X_lO_lY_l坐标系中各点为拍摄的图片中各点对应的物理地面的点，则X_t为定位标志的图像坐标对应的局部物理坐标在X轴上的值，。在本实施例中可以根据图片尺寸与实际物理地面的大小比例确定图像坐标值与对应的局部物理地面坐标值的转换系数，并在定位过程中根据该转换系数和图像坐标确定对应的局部物理坐标。例如，转换系数为k，则X_b＝kx_b，在本实施例中，根据预设公式和第一图像坐标计算出第二图像坐标x_b后，可以根据预设转换系数k计算投影点的局部物理坐标X_b。在本实施例中，可以预先将定位标志配置在AGV小车的上表面中心位置，然后以定位标志在物理地面投影点的局部物理坐标作为 AGV小车的局部物理坐标。

在本实施例中，根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标。通过上述方式，根据定位标志的图像坐标计算确定定位标志的局部物理坐标。

进一步地，参照图4，提出本发明定位装置的第三实施例。在本实施例中，所述定位程序被所述处理器执行时可以实现以下步骤：

基于上述所示的实施例，在本实施例中，所述定位方法还包括：

步骤S60，基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；

步骤S70，根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定所述预设公式。

基于上述实施例，在局部物理坐标系中有X_b＝a(X_t-L_x)+L_x，相应的，在图像坐标系中有x_b＝a(x_t-l_x)+l_x，在定位过程中要向根据x_t计算确定x_b，必须预先确定a的值和l_x的值，a的值和l_x不便直接测量，可以由以下方法得到：在本实施例中，将AGV小车放在不同位置，获得图像中不同的x_t和x_b的数值集合，根据x_t和x_b的数值集合确定a和l_x值。具体地，将AGV小车放置于摄像头下方不同位置，测量出2n组(n≥1)小车顶部中心和底部中心位于图像中的x坐标组成向量x_t和x_b，将x_t和x_b中前n项与后n项作差，得到n ×1矩阵记为d_t和d_b,由下式计算a和l_x：

在本实施例中，为获得x_b，拍摄图片时，在物理地面上小车附近作一地面标志，使得地面标志与定位标志在物理地面投影点的连线平行于局部物理坐标系横轴Y_l轴，则地面标志的横坐标值与x_b相等，在拍摄的图片中获取地面标志的横坐标值。

在本实施例中，基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定所述预设公式。通过上述方式，可以预先根据获取的定位坐标的图像坐标对应的局部物理坐标值和定位标志的实际局部物理坐标值准确确定两者之间的关系。

进一步，参照图5，提出本发明定位装置的第四实施例。在本实施例中，所述定位程序被所述处理器执行时可以实现以下步骤：

步骤S80，根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

基于上述实施例，在本实施例中，局部物理坐标系和全局物理坐标系都是真实世界中物理地面的坐标系，全局物理坐标系可以由局部物理坐标系经过平移或者旋转得到。如图7所示，全局物理坐标用X_gO_gY_g表示，将局部物理坐标变换到全局物理坐标，可以看作将局部物理坐标系做一个旋转θ角度后，再平移(T_x，T_y)得到，转换关系可以通过旋转变换矩阵或者和平移变换矩阵表示或通过齐次坐标矩阵表示。以旋转变换矩阵和平移变换矩阵：

通过齐次坐标矩阵变换表示为：

以X_g的计算方法为例，X_g＝X_lcosθ-Y_lsinθ+Τx，基于上述步骤，计算获得定位标志在物理地面投影点的局部物理坐标X_b和对应的Y_b后，将X_b与Y_b的值代入上述X_l与Y_l的位置即可计算X_g与Y_g的值，从而获得定位标志的全局物理坐标，并将定位标志的全局物理坐标作为定位对象的全局物理坐标。在本实施例中，可以将定位标志配置在定位对象的上表面的中心位置，使得定位标志的全局物理坐标更好的代表定位对象的坐标。

在本实施例中，根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。通过上述方式，可以由定位标志的局部物理坐标通过旋转关系和平移关系确定定位对象的全局物理坐标。

此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质。

本发明计算机可读存储介质上存储有定位程序，所述定位程序被处理器执行时实现如上所述的定位方法的步骤。

其中，在所述处理器上运行的定位程序被执行时所实现的方法可参照本发明定位方法各个实施例，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种定位方法，其特征在于，在预设位置配置图像获取设备，在定位对象上设置定位标志，所述定位方法包括：

利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；

根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；其中，所述预设公式是基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定的；

根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标；其中，所述预设转换系数是根据图像坐标系的像素单位与所述局部物理坐标系的长度单位确定的；

根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

2.如权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标包括：

根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

3.一种定位装置，其特征在于，在预设位置配置图像获取设备，在定位对象上设置定位标志，所述定位装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的定位程序，所述定位程序被所述处理器执行时实现以下步骤：

利用所述图像获取设备获取所述定位标志的第一图像坐标；

根据所述第一图像坐标和预设公式确定所述定位标志在物理地面投影点的第二图像坐标；其中，所述预设公式是基于用户操作获取所述定位对象在预设数量不同位置对应的第一图像坐标和第二图像坐标，分别获得第一图像坐标集合和第二图像坐标集合；根据所述第一图像坐标集合和所述第二图像坐标集合确定的；

根据所述第二图像坐标和预设转换系数确定所述投影点的局部物理坐标，并将所述投影点的局部物理坐标作为所述定位对象的局部物理坐标；其中，所述预设转换系数是根据图像坐标系的像素单位与所述局部物理坐标系的长度单位确定的；

根据局部物理坐标系与全局物理坐标系的变换关系和所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

4.如权利要求3所述的定位装置，其特征在于，所述定位程序被所述处理器执行时还实现以下步骤：

根据所述局部物理坐标系与所述全局物理坐标系的平移变换矩阵和旋转变换矩阵及所述定位对象的局部物理坐标确定所述定位对象的全局物理坐标。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有定位程序，所述定位程序被处理器执行时实现如权利要求1至2中任一项所述的定位方法的步骤。

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