CN109461389A - 光电合作标识以及智能集群节点位姿测量与身份识别方法 - Google Patents

光电合作标识以及智能集群节点位姿测量与身份识别方法 Download PDF

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CN109461389A CN201810387013.7A CN201810387013A CN109461389A CN 109461389 A CN109461389 A CN 109461389A CN 201810387013 A CN201810387013 A CN 201810387013A CN 109461389 A CN109461389 A CN 109461389A
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Abstract

本发明公开了一种光电合作标识以及智能集群节点位姿测量与身份识别方法。本发明光电合作标识包括位姿编码图形、身份编码图形、标识图形亮度在线调整部件以及身份编码在线设置部件；标识图形亮度在线调整部件为输出电压在线可调的电源电压调整装置，通过在线调整电源电压可调整光电合作标识中所有处于点亮状态下的发光二极管的亮度，以在线调整光电合作标识与背景的对比度；身份编码在线设置部件采用开关器件分别单独控制身份编码发光二极管的状态，以在线设置光电合作标识的身份编码。本发明基于该光电合作标识建立智能集群节点位姿测量与身份识别方法，提高了位姿测量与身份识别的环境适应性和成功率、降低了图像计算程序的复杂度等。

Description

光电合作标识以及智能集群节点位姿测量与身份识别方法
技术领域
本发明属于移动智能个体学领域，尤其涉及一种光电合作标识以及智能集群节点位姿测量与身份识别方法。
背景技术
随着移动智能个体学及其应用的不断发展，单个智能个体的有限能力已经不能满足完成日益复杂的应用任务的需求，而由多个智能个体构成的智能个体群体使智能个体的能力和应用领域得到了极大的拓展，并且对智能个体群体的研究已经成为目前相关领域的研究热点。
多个智能个体构成的智能个体群体在完成给定任务时，相互之间需要紧密协同配合，但由于每个智能个体在运动过程中存在各种干扰因素，如控制误差、测量误差等，在不进行测量校正的情况下，多智能个体之间的相互关系将难以准确估算。因此，为了实现多智能个体群体的协同控制，需要对智能个体进行位姿测量与身份识别，即：首先对智能个体进行快速的位姿测量与身份识别，即获得智能个体的身份信息和当前的位姿(即位置和姿态)信息，然后判断每个智能个体的当前位姿是否符合任务规则，并根据期望位姿和测量结果之间的误差对智能个体的运动过程进行校正。
由此可见，精确快速的对智能个体进行位姿测量与身份识别，是保证智能个体群体有效完成某项任务的关键。现有合作识别测量技术中，安梅岩等人公开了一种合作标识及多智能个体身份与位姿的识别方法，其中可精确快速的对智能个体进行身份与位姿识别。然而，这种方案存在如下两个方面的问题：其一，环境适应能力有限；其中提供的合作标识为反射式图形标识，在环境背景或光照条件相对复杂时，简单的识别算法将出错或失效，而提高识别算法的可靠性将大大增加算法的复杂度，降低了识别算法的实时性；其二，应用灵活性不够；其中提供的合作标识为固化标识，可采用粘贴、打印等方式固定在智能个体顶部，固化的标识及其安装固定方式将不便于智能个体的增加、减少和更换。现有非合作识别测量技术中，在对智能个体进行位姿测量与身份识别时，普遍存在测量精度有限，识别速度慢等问题，从而制约了智能个体群体的广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电合作标识以及以该光电合作标识为基础的智能集群节点位姿测量与身份识别方法，旨在解决上述背景技术中现有技术的不足之处。
本发明是这样实现的，一种光电合作标识，该标识包括：由若干位姿编码发光二极管按特定构型排列构成的位姿编码图形，由若干身份编码发光二极管按特定构型排列构成的身份编码图形，标识图形亮度在线调整部件，以及身份编码在线设置部件；其中，
所述标识图形亮度在线调整部件为输出电压在线可调的电源电压调整装置，通过在线调整电源电压可调整光电合作标识中所有处于点亮状态下的发光二极管的亮度，以在线调整光电合作标识与背景的对比度；
所述身份编码在线设置部件采用开关器件分别单独控制身份编码发光二极管的状态，以在线设置光电合作标识的身份编码。
优选地，所述若干位姿编码发光二极管的排列方式为轴对称但非中心对称排列；
所述若干身份编码发光二极管的排列方式在几何构型上或在几何尺寸上区别于所述位姿编码图形的发光二极管的排列方式。
优选地，所述轴对称但非中心对称排列包括等腰而非等边的三角形、等腰梯形等排列；
所述若干身份编码发光二极管的排列方式为中心对称排列，所述中心对称排列包括直线型、正方形、田字格、九宫格等排列。
优选地，所述位姿编码发光二极管与所述身份编码发光二极管的颜色不同且差别明显；在所有发光二极管点亮状态下，各发光二极管的亮度差异在设定容许范围内。
优选地，任意两相邻发光二极管之间在图像中的间距大于10个像素，且任意发光二极管在图像中的像素尺寸不大于5个像素。
优选地，所述位姿编码图形所标识的中心位置与光电合作标识的中心位置重合。
本发明进一步公开了一种智能集群节点位姿测量与身份识别方法，该方法包括以下步骤：
S1、在实验场地图像中按标准在各智能个体顶部水平设置唯一的上述光电合作标识，通过图形采集设备采集完整的实验场地图像；通过图像处理计算机存储所述实验场地图像、相应参数；
S2、当测量场地上各个智能个体活动到某一时刻时，图像采集设备采集测量场地的原始图像，将原始图像传输到图像处理计算机；
S3、图像处理计算机对原始图像进行处理，提取并分别标记出所有的构成位姿编码图形的发光二极管和构成身份编码图形并处于点亮状态的发光二极管，得到位姿灯位备选目标点集合和身份灯位备选目标点集合；
S4、在位姿灯位备选目标点集合中通过集合构型匹配获得光电合作标识的位姿图形，解算光电合作标识的位姿信息；
S5、对于每一个已识别的位姿编码图形，根据在图像处理计算机中存储的身份编码图形参数，在身份灯位备选目标点集合中匹配每个身份灯位发光二极管的状态，得到该光电合作标识的身份编码，进而获得该智能个体的身份编码。
优选地，在步骤S1中，所述光电合作标识设置在智能个体顶部，设置的标准为：该光电合作标识所标识的中心点与智能个体的中心点重合，且每一个光电合作标识所标识的方向与其所标识的智能个体的正向前进方向之间的夹角为固定值；
在步骤S1中，所述相应参数包括：(1)每一个光电合作标识所标识的方向与其所标识的智能个体的正向前进方向之间的夹角；(2)位姿编码发光二极管所构成位姿编码图形模型参数；(3)位姿编码发光二极管点亮时的颜色；(4) 每个智能个体的身份编码总位数、身份编码发光二极管所构成身份编码图形模型参数；(5)身份编码发光二极管点亮时的颜色。
优选地，所述步骤S4包括以下具体步骤：
S41、对于每一个位姿灯位备选目标点，根据位姿编码图形参数约束，搜索并标记属于同一位姿编码图形的其他位姿灯位备选目标点；
S42、对于属于同一位姿编码图形的位姿灯位备选目标点，计算各灯位之间包括距离、夹角在内的相互关系；
S43、与图像处理计算机内存储的位姿编码图形参数进行匹配，获得位姿编码图形所标识的标识中心位置和标识朝向角；
S44、根据图像处理计算机内存储的标识位姿与智能个体位姿之间的变换关系，将标识中心位置和标识朝向角转换为智能个体的中心位置和朝向。
优选地，所述步骤S5包括以下具体步骤：
S51、根据位姿编码图形识别结果以及身份编码图形的尺寸参数，确定本标识所有身份灯位在图像坐标系中的位置；
S52、从1至x号身份灯位的图像位置，依次判断该灯位身份编码发光二极管的状态，获得每一位身份编码位的码值；
S53、把所有身份编码位的码值按顺序排列，获得本标识的身份编码。
本发明克服现有技术的不足，提供一种光电合作标识及室内多智能个体位姿测量与身份识别的方法。其中，光电合作标识包括：位姿编码图形、身份编码图形、标识图形亮度在线调整部件和身份编码在线设置部件；其中，所述位姿编码图形和身份编码图形统称为标识图形，分别采用不同种类的发光二极管按照某种几何构型排列构成，其中，构成身份编码图形的发光二极管具有两种状态，分别为点亮状态和熄灭状态；所述标识图形亮度在线调整部件为输出电压在线可调的电源模块，通过在线调整电源电压可调整光电合作标识中所有处于点亮状态下的发光二极管的亮度，从而在线调整光电合作标识与背景的对比度；所述身份编码在线设置部件即采用开关器件单独控制每一位身份编码发光二极管的状态，从而在线设置光电合作标识的身份编码。本发明提供的光电合作标识及室内智能个体位姿测量与身份识别方法，光电合作标识与背景的对比度可根据环境光照条件在线调整，从而有效提高位姿测量与身份识别的环境适应性和成功率；身份编码可在线设置，从而便于智能个体群体中个体数量增减和更换；光电合作标识所涉及发光二极管种类少，所涉及图形为点状图形，降低了图像计算程序的复杂度，提高了身份识别和位姿测量算法的实时性。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)光电合作标识是由发光二极管构成，其亮度可以在线调整，因此，可根据环境光照条件调整光电合作标识与背景的对比度，有效提高了光电合作标识的环境适应性；
(2)光电合作标识是由发光二极管构成，其每一位身份编码可由开关独立控制，因此，标识的身份编码可在线调整，在多个智能个体组成群体中某一智能个体发生故障，需要使用备用个体进行替换时，可直接通过开关调整到位，避免机械上频繁拆装光电合作标识；
(3)光电合作标识是由两种颜色发光二极管构成，涉及颜色种类少，便于区分位姿编码图形和身份编码图形，并且位姿编码图形和身份编码图形的构型简单，因此，简化了合作标识的识别算法，提高了识别处理的效率，有利于智能个体位姿测量与身份识别的实时实现。
附图说明
图1是本发明中光电合作标识的功能结构框图；
图2是本发明中位姿编码图形的构型实例；其中，图2a为直线非中心对称型构型，图2b为等腰而非等边的三角形构型，图2c为又一等腰而非等边的三角形构型；
图3是本发明中2～5位编码位的身份编码构型举例；其中，图3a为直线中心对称构型，图3b为又一直线中心对称构型，图3c为正方形构型，图3d为田字格构型；
图4是本发明中包括图4a～图4f在内的六种光电合作标识的构型实例；
图5是本发明中基于光电合作标识的位姿测量与身份识别实例。
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。
本发明公开了一种光电合作标识，如图1所示，该标识包括：由若干位姿编码发光二极管按特定构型排列构成的位姿编码图形，由若干身份编码发光二极管按特定构型排列构成的身份编码图形，标识图形亮度在线调整部件，以及身份编码在线设置部件；其中，所述标识图形亮度在线调整部件为输出电压在线可调的电源电压调整装置，通过在线调整电源电压可调整光电合作标识中所有处于点亮状态下的发光二极管的亮度，以在线调整光电合作标识与背景的对比度；所述身份编码在线设置部件采用开关器件分别单独控制身份编码发光二极管的状态，以在线设置光电合作标识的身份编码。上述标识图形亮度在线调整部件、身份编码在线设置部件、发光二极管均由电池提供电源。
其中，位姿编码图形为轴对称但非中心对称图形，例如，等腰而非等边的三角形、等腰梯形等，如图2所示；身份编码图形为区别于位姿编码图形的其他图形，优选为中心对称图形，例如，直线型、正方形、田字格、九宫格等，如图3所示；标识亮度在线调整部件为电源电压调整装置；身份编码在线设置部件为可单独控制每一位身份编码发光二极管状态的开关器件；凡是轴对称且非中心对称的图形均可用于本发明中的位姿编码图形，凡是在几何构型上或在几何尺寸上区别于位姿编码图形的其他图形均可用于本发明中的身份编码图形。如图5所示，1号位姿灯位、2号位姿灯位、3号位姿灯位所构成的等腰直角三角形即为位姿编码图形，1号身份灯位、2号身份灯位、3号身份灯位和4号身份灯位所构成的正方形即为身份编码图形。
此外，为了实现基于图像的位姿测量与身份识别，光电合作标识的设计首先必须满足光学成像的要求。为了快速准确地达到基于光电合作标识进行位姿测量和身份识别的效果，还可以优选设置以下规则：
(1)构成位姿编码图形的所有发光二极管的颜色均相同，构成身份编码图形的所有发光二极管的颜色均相同。在点亮状态下，构成光电合作标识的所有发光二极管的亮度差异应尽量小，即所有点亮的发光二极管的亮度差异应保持在容许范围内；
(2)构成位姿编码图形的发光二极管的颜色与构成身份编码图形的发光二极管的颜色应能够明显区分，例如采用红色的发光二极管构成位姿编码图形，同时利用绿色发光二极管构成身份编码图形；
(3)为了便于识别，应将所有点亮状态的发光二极管的亮度调整为可明显区别与背景环境的亮度。同时，通过调整图像采集设备，使输出图像的亮度处于合理的范围，使构成光电合作标识的所有发光二极管能够清晰成像，同时避免产生严重的过度曝光而损失颜色信息，并避免产生过大光晕而影响测量精度。
(4)任意两个发光二极管之间的空间距离不能过近，它们在光学成像所得图像中的像素距离优选为大于10个像素，根据此规则并结合光学成像的其他需求，选择合适的光学成像设备；同时，在满足亮度需求的情况下，发光二极管的外形尺寸应尽量小，应使发光二极管在图像中的像素尺寸不大于5个像素，根据此规则选择合适的发光二极管；
(5)将光电合作标识应用于智能个体时，应对实现身份识别与位姿解算的光学成像设备屏蔽智能个体上可能干扰身份识别与位姿解算过程的其他光源，例如，智能个体工作时基于发光二极管的人机交互手段，等等；
(6)为了便于光电合作标识在智能个体上的安装和使用，应使位姿编码图形所标识的中心位置与整个光电合作标识的中心位置重合。
在将光电合作标识布置于被识别智能个体时，例如，小型无人车、智能机器人等，需要使光电合作标识的中心点与被标识智能个体的中心点重合，并使光电合作标识所标识的朝向与被识别物体的正向前进方向之间具有固定的夹角 (如0度、45度，等等)。因此，当获得光电合作标识中位姿编码图形所标识的中心点像素坐标以及光电合作标识朝向角时，即可快速转换成该被识别智能个体在局部环境坐标系中的位置坐标和方向，实现被识别智能个体的快速位姿测量。具体过程参见后续的方法流程。此处，本发明中，为防止光电合作标识被遮挡，而导致图像采集设备无法采集某个光电合作标识完整的图像，需要使光电合作标识置于被标识智能个体的顶部。为保持光电合作标志的几何属性，本发明提供的光电合作标识可制作为硬质印刷电路板，然后将它水平安装于被标识智能个体顶部，方便后续图像采集与处理。为实现光电合作标识的功能，需要为其提供合适的电源，以点亮构成光电合作标识的发光二极管。
光电合作标志的位姿编码图形为轴对称图形，其对称轴为直线S，取直线S 两个方向之任一方向为光电合作标识的朝向正向。光电合作标识的中心点可取直线S上靠近合作标识几何中心的任意一点；不失一般性，当位姿编码图形为等腰三角形时，可取该等腰三角形的底边中点为合作标识的中心点。
光电合作标识的身份编码图形优选为中心对称图形，并以光电合作标志的中心点为对称中心；光电合作标识的身份编码位数为x，即身份编码图形由x 个发光二极管排列构成；以光电合作标识的朝向正向为上方，身份编码图形的编码位按照从左至右、从上到下的顺序排列；每一个身份编码位对应两种可选的编码码值，分别为第1种编码码值和第2种编码码值；如果某一个身份编码位采用第1种编码码值，则该身份编码位对应的发光二极管处于点亮状态；如果某一个身份编码位采用第2种编码码值，则该身份编码位对应的发光二极管处于熄灭状态；其中，x为自然数。
本发明中，当设置x个编码位时，最多可获得的身份编码数量为2x个，如，当x＝4时，最多可表示16个身份编码；当x＝3时，最多可表示8个身份编码。此外，本发明对编码码值采用的具体类型并不限制，可以为数字或字母。(1) 当采用字母时，例如，用a和b的排列构成不同的身份编码，如，当共设置4 个编码位时，如果某一个编码位对应发光二极管为熄灭状态，即代表该位编码码值为a；如果某一个编码位对应发光二极管为点亮状态，则代表该位编码码值为b；参见图3(a)-(f)，分别代表x＝4时，得到的其中6个合作标识，分别代表的身份编码为：aaab，aaba，abbb，baab，bbaa，babb；(2)当采用数字时，例如，用0和1的排列组合构成不同的身份编码，如，当共设置4个编码位时，如果某一个编码位对应发光二极管为熄灭状态，即代表编码位码值为 0；如果某一个编码位对应发光二极管为点亮状态，则代表该编码位码值为1；参见图3(a)-(d)，分别代表x＝4时，得到的其中6个合作标识，分别代表的身份编码为：0001，0010，0111，1001，1100，1011。
基于上述设计的光电合作标识，本发明还提供了一种室内多智能个体位姿测量与身份识别方法，包括以下步骤：
S1、在实验场地图像中按标准在各智能个体顶部水平设置唯一的上述光电合作标识，通过图形采集设备采集完整的实验场地图像；通过图像处理计算机存储所述实验场地图像、相应参数。
在步骤S1中，在实验场地的正上方安装图形采集设备，使该图像采集设备的光轴尽可能垂直于实验场地平面，并能够采集完整的实验场地图像；该图像采集设备连接到图像处理计算机；
对于实验场地上的每一个智能个体，其顶部均水平设置唯一的光电合作标识，保证光电合作标识所标识的中心点与智能个体的中心点重合；并且，每一个光电合作标识所标识的方向与其所标识的智能个体的正向前进方向之间的夹角为固定值，该夹角事先存储在图像处理计算机中；图像处理计算机还存储以下参数：
(1)位姿编码发光二极管所构成位姿编码图形模型参数Pp，例如，采用如图2(c)的直角等腰三角形为位姿编码图形时，标识中心可取直角等腰三角形底边的中点，Pp包含1号、2号和3号位姿灯位两两之间的距离D12，D13和 D23，以及标识中心到1号位姿灯位的有向线段与位姿编码图形对称轴之间的夹角θp，等等；
位姿编码图形
(2)位姿编码发光二极管点亮时的颜色Cp，例如，采用红色发光二极管构成位姿编码图形时，Cp＝RED；
(3)每个智能个体的身份编码总位数x；
(4)身份编码发光二极管所构成身份编码图形模型参数Pi，例如，采用如图3(c)的正方形为身份编码图形时，该正方形的对称中心与标识中心重合， Pi包含该正方形的边长Li，1号身份灯位与标识中心连线与位姿编码图形对称轴之间的夹角θi，等等；
(5)身份编码发光二极管点亮时的颜色Ci，例如，采用绿色发光二极管构成身份编码图形时，Ci＝GREEN；
此外，为了使图像采集设备所采集的光电合作标识图像亮度在合适的范围内，光电合作标识上发光二极管的亮度应明显强于测量场地的环境亮度，同时调整图像采集设备的参数设置，使图像中合作标识的发光二极管不产生严重过度曝光现象和光晕现象。例如，测量场地的背景颜色、光电合作标识的背景颜色以及智能个体的颜色均为黑色，而光电合作标识上组成位姿编码图形的发光二极管为红色，组成身份编码图形的发光二极管为绿色。采用上述颜色设置，并通过调整图像采集设备参数设置，在所采集的原始图像中，只有若干个红色亮点和若干个绿色亮点，其余区域均为暗色调，从而提高了合作标识图形与背景的差异性，可有效提高图像识别的准确性和精度，同时简化了后续图像处理与识别的复杂度，可有效提高图像处理与识别的速度。
S2、当测量场地上各个智能个体活动到某一时刻时，图像采集设备采集测量场地的原始图像，将原始图像传输到图像处理计算机；
S3、图像处理计算机对原始图像进行处理，提取并分别标记出所有的构成位姿编码图形的发光二极管和构成身份编码图形并处于点亮状态的发光二极管，由此得到位姿灯位备选目标点集合和身份灯位备选目标点集合；
此处，可采用多种算法提取图像中的上述两类备选目标点，例如，颜色亮度阈值分割法，色差法等，本发明对此并不作限制；此外，为了提高图像识别过程的抗干扰能力，可对备选目标点进行面积约束，具体做法如下，采用实际选定的备选目标点提取算法及相应的参数设置，计算得到所有目标点图像区域的平均半径为R，可得备选目标点面积的限制范围为π*(R±εr)2，其中εr为目标点面积误差带半径；
此外，在提取上述两类备选目标点的同时，计算所有备选目标点中心的图像坐标值；此处，可采用颜色亮度重心法进行目标点的亚像素定位，即将满足特定条件的区域内所有像素按照亮度权重相加后再除以总像素，从而得到此特定区域的中心位置坐标。
参见图5，光电合作标识应用了如图2(c)所示的位姿编码图形和如图3 (c)所示的身份编码图形，标识位姿编码图形为等腰直角三角形，标识中心与该等腰三角形的底边中点重合，标识朝向为底边中点至1号位姿灯位的矢量方向；那么，在图像处理计算机中存储的位姿编码图形参数Pp包含1号位姿灯位至2号或3号位姿灯位的理论距离D，2号位姿灯位至1号位姿灯位连接线段与3号位姿灯位至1号位姿灯位连接线段之间的理论夹角为90°。经过步骤S2，图像采集设备采集到测量场地的原始图像，再通过步骤S3处理获得位姿灯位备选目标点集合和身份灯位备选目标点集合；其中位姿灯位备选目标点集合包含 1号、2号和3号位姿灯位的图像位置信息，身份灯位备选目标点集合包含2 号和4号身份灯位的图像坐标信息。
S4、在位姿灯位备选目标点集合中通过集合构型匹配获得光电合作标识的位姿图形，解算光电合作标识的位姿信息；具体步骤如下：
S41、对于每一个位姿灯位备选目标点，根据位姿编码图形参数约束，搜索并标记属于同一位姿编码图形的其他位姿灯位备选目标点；
参见图5，如果按照图像坐标系下从左到右、从上到下的顺序搜寻，那么将首先定位到2号位姿灯位；然后，在位姿灯位备选目标点集合中，以2号位姿灯位的图像坐标为圆心，以D±εD为半径，搜索其他位姿灯位备选目标点，将只搜索到1号位姿灯位，因此不满足构成位姿图形的条件，则继续寻找下一个位姿灯位备选目标点；那么将定位到1号位姿灯位目标点，以1号位姿灯位的图像坐标为圆心，以D±εD为半径，搜索其他位姿灯位备选目标点，将搜索到2 号和3号位姿灯位，并将1号、2号和3号位姿灯位备选目标点标记为同一位姿编码图形的位姿灯位备选目标点。
S42、对于属于同一位姿编码图形的位姿灯位备选目标点，计算它们之间的相互关系，包括距离、夹角等；
参见图5，对于1号、2号、3号位姿灯位备选目标点，由S4.1已知1号与 2号或3号位姿灯位的距离约束，记录1号和2号位姿灯位的距离测量值、1 号和3号位姿灯位的距离测量值仅需计算1号和2号位姿灯位间连线与1号和 3号位姿灯位间连线之间的夹角，这一夹角测量值可能由于镜头畸变、智能个体姿态、图像量化等原因存在一定的误差，例如88°或91°。
S43、与图像处理计算机内存储的位姿编码图形参数Pp进行匹配，获得位姿编码图形所标识的标识中心位置和标识朝向角；
参见图5，对比图像处理计算机内存储的位姿编码图形参数，可确定1号位姿灯位为位姿编码图形的顶点，2号和3号位姿灯位之间的连线为位姿编码图形的底边，因标识中心取等腰直角三角形底边中点，那么取2号和3号位姿灯位图像坐标的代数平均值为标识中心点的测量值，再计算该点到1号位姿灯位图像坐标的有向线段与图像坐标系X轴之间的夹角，即为标识朝向角。若1 号、2号、3号位姿灯位的图像坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，那么，标识中心的图像坐标为((x2+x3)/2，(y2+y3)/2)，标识在图像坐标系中的朝向角为arctan(y1-(y2+y3)/2)/(x1-(x2+x3)/2)。
S44、根据图像处理计算机内存储的标识位姿与智能个体位姿之间的变换关系，将标识中心位置和标识朝向角转换为智能个体的中心位置和朝向。
参见图5，由于标识中心与智能个体中心重合，因此标识中心测量值可直接用作智能个体的位置测量值，再根据标识朝向与智能个体朝向的夹角关系，计算出智能个体的朝向角。
S5、对于每一个已识别的位姿编码图形，根据在图像处理计算机中存储的身份编码图形参数Pi，在身份灯位备选目标点集合中匹配每个身份灯位发光二极管的状态，得到该光电合作标识的身份编码，进而获得该智能个体的身份编码；具体步骤如下：
S51、根据位姿编码图形识别结果以及身份编码图形的尺寸参数，确定本标识所有身份灯位在图像坐标系中的位置；
参见图5，身份编码图形是边长为a的正方形，其中心点与标识中心点重合，包含4个身份编码位，且1号身份灯位处于标识中心到1号位姿灯位的线段上。根据身份编码图形参数和位姿编码图形识别提供的标识中心坐标和标识朝向，可估计同一光电合作标识所有位姿灯位的图像位置：1号位姿灯位的位置为；
S52、从1至x号身份灯位的图像位置，依次判断该位身份灯位发光二极管的状态，获得每一位身份编码位的码值；
参见图5，在每个身份灯位预估位置附近搜索是否存在点亮状态的身份灯位发光二极管，即在身份灯位备选目标点集合中寻找预估位置附近的备选目标点，如果某一位身份灯位的预估位置附近存在备选目标点，则认为该位身份编码二极管的状态为点亮状态，取第1中码值，否则认为该位身份编码二极管的状态为熄灭状态，取第2中码值；如图5所示，1号身份灯位的发光二极管处于熄灭状态，取第2种码值，以此类推，2号至4号身份灯位的码值分别为第1 种码值、第2种码值和第1种码值。
S53、把所有身份编码位的码值按顺序排列，获得本标识的身份编码；
参见图5，按1号至4号的顺序，将所有身份灯位的码值排列，即可获得本标识的身份编码。如图5所示，当用数字“0”代表第1种码值，数字“1”代表第2种码值时，1号至4号身份灯位所代表的码值依次是：0、1、0、1；按顺序排列可得该标识的身份编码为“0101”。
至此，即可实现某一智能个体的光电合作标识的位姿测量与身份识别。
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 (10)

1.一种光电合作标识，其特征在于，该标识包括：由若干位姿编码发光二极管按特定构型排列构成的位姿编码图形，由若干身份编码发光二极管按特定构型排列构成的身份编码图形，标识图形亮度在线调整部件，以及身份编码在线设置部件；其中，
所述标识图形亮度在线调整部件为输出电压在线可调的电源电压调整装置，通过在线调整电源电压可调整光电合作标识中所有处于点亮状态下的发光二极管的亮度，以在线调整光电合作标识与背景的对比度；
所述身份编码在线设置部件采用开关器件分别单独控制身份编码发光二极管的状态，以在线设置光电合作标识的身份编码。
2.如权利要求1所述的光电合作标识，其特征在于，所述若干位姿编码发光二极管的排列方式为轴对称但非中心对称排列；
所述若干身份编码发光二极管的排列方式在几何构型上或在几何尺寸上区别于所述位姿编码图形的发光二极管的排列方式。
3.如权利要求2所述的光电合作标识，其特征在于，所述轴对称但非中心对称排列包括等腰而非等边的三角形、等腰梯形排列；
所述若干身份编码发光二极管的排列方式为中心对称排列，所述中心对称排列包括直线型、正方形、田字格、九宫格排列。
4.如权利要求3所述的光电合作标识，其特征在于，所述位姿编码发光二极管与所述身份编码发光二极管的颜色不同且差别明显；在所有发光二极管点亮状态下，各发光二极管的亮度差异在设定容许范围内。
5.如权利要求4所述的光电合作标识，其特征在于，任意两相邻发光二极管之间的间距大于10个像素，且任意发光二极管在图像中的像素尺寸不大于5个像素。
6.如权利要求5所述的光电合作标识，其特征在于，所述位姿编码图形所标识的中心位置与光电合作标识的中心位置重合。
7.一种智能集群节点位姿测量与身份识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、在实验场地图像中按标准在各智能个体顶部水平设置唯一的上述权利要求1～6任一项所述的光电合作标识，通过图形采集设备采集完整的实验场地图像；通过图像处理计算机存储所述实验场地图像、相应参数；
S2、当测量场地上各个智能个体活动到某一时刻时，图像采集设备采集测量场地的原始图像，将原始图像传输到图像处理计算机；
S3、图像处理计算机对原始图像进行处理，提取并分别标记出所有的构成位姿编码图形的发光二极管和构成身份编码图形并处于点亮状态的发光二极管，得到位姿灯位备选目标点集合和身份灯位备选目标点集合；
S4、在位姿灯位备选目标点集合中通过集合构型匹配获得光电合作标识的位姿图形，解算光电合作标识的位姿信息；
S5、对于每一个已识别的位姿编码图形，根据在图像处理计算机中存储的身份编码图形参数，在身份灯位备选目标点集合中匹配每个身份灯位发光二极管的状态，得到该光电合作标识的身份编码，进而获得该智能个体的身份编码。
8.如权利要求7所述的智能集群节点位姿测量与身份识别方法，其特征在于，在步骤S1中，所述光电合作标识设置在智能个体顶部设置的标准为：该光电合作标识所标识的中心点与智能个体的中心点重合，且每一个光电合作标识所标识的方向与其所标识的智能个体的正向前进方向之间的夹角为固定值；
在步骤S1中，所述相应参数包括：(1)每一个光电合作标识所标识的方向与其所标识的智能个体的正向前进方向之间的夹角；(2)位姿编码发光二极管所构成位姿编码图形模型参数；(3)位姿编码发光二极管点亮时的颜色、每个智能个体的身份编码总位数、身份编码发光二极管所构成身份编码图形模型参数、身份编码发光二极管点亮时的颜色。
9.如权利要求7所述的智能集群节点位姿测量与身份识别方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下具体步骤：
S41、对于每一个位姿灯位备选目标点，根据位姿编码图形参数约束，搜索并标记属于同一位姿编码图形的其他位姿灯位备选目标点；
S42、对于属于同一位姿编码图形的位姿灯位备选目标点，计算各灯位之间包括距离、夹角在内的相互关系；
S43、与图像处理计算机内存储的位姿编码图形参数进行匹配，获得位姿编码图形所标识的标识中心位置和标识朝向角；
S44、根据图像处理计算机内存储的标识位姿与智能个体位姿之间的变换关系，将标识中心位置和标识朝向角转换为智能个体的中心位置和朝向。
10.如权利要求1所述的智能集群节点位姿测量与身份识别方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下具体步骤：
S51、根据位姿编码图形识别结果以及身份编码图形的尺寸参数，确定本标识所有身份灯位在图像坐标系中的位置；
S52、从1至x号身份灯位的图像位置，依次判断该灯位身份编码发光二极管的状态，获得每一位身份编码位的码值；
S53、把所有身份编码位的码值按顺序排列，获得本标识的身份编码。
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CN109978903A (zh) * 2019-03-13 2019-07-05 浙江大华技术股份有限公司 一种标识点识别方法、装置、电子设备及存储介质

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