CN109613471B - 一种用于室内无轨导航的五点红外顶标及其识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动控制技术领域，提供了一种用于室内无轨导航的五点红外顶标及其识别方法，该方法包括：S1、查找当前定位红标中距离最大的两个标记点A¹和B¹；S2、查找当前红外顶标中距A¹和B¹所在直线最远的标记点E¹；S3、将标记点E¹为原点，建立当前红外顶标的直角坐标系；S4、依次计算剩余标记点在直角坐标系中坐标，检测是否存在与第一设定坐标重合的标记点，若存在，则记为C¹；S5、检测是否存在与第二设定坐标重合的标记点，若存在，则标记为D¹，红外顶标读取成功。相对位姿标记点设于红外顶标中的五个拐角处，包围了该红外顶标中的所有ID计数标记点，保证了ID计数标记点不会被漏读，杜绝了红外顶标中的ID被错读，提高了定位导航的准确性。

Description

一种用于室内无轨导航的五点红外顶标及其识别方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，提供了一种用于室内无轨导航的五点红外顶标及其识别方法。

背景技术

室内移动机器人的导航方法根据是否有需要铺设轨道可分为：有轨导航和无轨导航。以磁导轨(或磁钉)为代表的有轨导航虽然原理简单、易控制，但其路径固定，灵活性不够。无轨导航常用的有惯性导航、激光SLAM、视觉SLAM以及路标导航等。其中惯性导航到后期累计误差较大，激光SLAM设备成本较高且抗干扰能力较弱，视觉SLAM对场景特征要求较高且场景不能频变(即可靠性较低)。路标导航又法可分为自然路标模式和人工路标模式，其中自然路标导航计算复杂、鲁棒性不强、实时性较。人工路标中较为典型的为可视化标签，而其又可分为自然光环境下和红外光环境下两种模式。其中，自然光环境模式容易受到光亮度的影响，可靠性低。而红外光下的可视化标签通常为红外发光装置或红外反光材料，且在采集图像的镜头前加上一层红外带通滤片，是的相机能够捕捉环境中特定波长的路标信息，这种方式可以大大降低室内其他光线的干扰，可靠性较高。

用于导航定位的红外标签包含两种信息标记点：相对位姿标记点和ID计数标记点。其中，相对位姿标记点用于计算机器人与该标签的相对位姿坐标，而ID计数标记点用于计算该标签的身份信息(每个标签具有唯一ID，并对应一个具体绝对位姿坐标)，二者结合即可计算出机器人的绝对位姿坐标。

目前已出现的类似红外顶标定位方法有韩国Stargazer的三点法，如图1所示，该方法是提取标签中构成直角坐标系的三个坐标点作为相对位姿标记点，而这三个相对位姿标记点没有完全包围ID计数标记点，当标签靠近视野边缘时，程序中截取的图像可能会失去个别ID计数标记点，而在三个相对位姿标记点完整的情况下，传感器会输出错误ID，影响后续定位导航结果。

发明内容

本发明实施例提供一种用于室内无轨导航的五点红外顶标，识别红外顶标中位于拐角处的五个相对位姿标记点，可以避免边缘地带红外顶标的ID计数标记点读取出现丢失，提高了室内导航的精准性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于室内无轨导航的五点红外顶标，该红外顶标包括：

底板，采用非反光材料制成，在底板上设有标记点，标记点采用反光材料制成，呈M*M等距网格分布，且在一个边角处缺设，将位于五个拐点处的标记点定义为相对位姿标记点，剩余的标记点为ID计数标记点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于室内无轨导航的五点红外顶标的识别方法，所述方法包括如下步骤：

S1、查找当前定位红标中距离最大的两个标记点，记为第一相对位姿标记点A¹和第二相对位姿标记点B¹；

S2、查找当前红外顶标中距标记点A¹和标记点B¹所在直线最远的标记点，记为第三相对位姿标记点E¹；

S3、将标记点E¹为原点，检测向量E¹A¹是否为Y轴，若检测结果为是，则以向量E¹A¹作为Y轴，以向量E¹B¹作为X轴，若检测结构为否，则以向量E¹B¹作为Y轴，以向量E¹A¹作为X轴，来建立当前红外顶标的直角坐标系；

S4、依次计算剩余标记点在直角坐标系中坐标，检测是否存在与第一设定坐标重合的标记点，若存在，则记为第四相对位姿标记点C¹；

S5、检测是否存在与第二设定坐标重合的标记点，若存在，则标记为第五相对位姿标记点D¹，所述红外顶标读取成功。

进一步的，若不存在与第一设定坐标或第二设定坐标重合的标记点，则所述红外顶标读取失败。

进一步的，向量E¹A¹是否为Y轴的判断方法具体如下：

将向量E¹A¹顺时针旋转90度或逆时针旋转270度，检测向量E¹A¹是否与向量E¹B¹重合，若重合，则向量E¹A¹为Y轴，若不重合，则向量E¹A¹为X轴。

进一步的，第一相对位姿标记点A¹和第二相对位姿标记点B¹的查找方法包括如下步骤：

S11、计算标记点P_i与标记点P_j之间的距离D_ij，P_i表示当前红外顶标中的第i个标记点，当前红外顶标中存在n个标记点，P₁……P_n，n取值大于5，小于M²；

S12、检测D_ij是否大于第一距离阈值，若D_ij大于第一距离阈值，则检测j是否等于n，若j不等于n，则令j＝j+1，执行步骤S11，若j等于n，则检测i是否等于n，若检测结果为否，则令i＝i+1，令j＝i+1，执行步骤S11，若检测结果为是，则将输出的标记点记为第一相对位姿标记点A¹及第二相对位姿标记点B¹；

S13、若D_ij小于或等于第一距离阈值，则比较D_ij是否大于当前的距离最大值，若检测结果为是，则将D_ij作为当前的距离最大值，则检测j是否等于n，若j不等于n，则令j＝j+1，执行步骤S11，若j等于n，则检测i是否等于n，若检测结果为否，则令i＝i+1，令j＝i+1，执行步骤S11，若检测结果为是，则将输出的标记点记为第一相对位姿标记点A¹及第二相对位姿标记点B¹。

本发明提供的用于室内定位的无轨导航的五点红外顶标及其读取方法具有如下有益效果：

相对位姿标记点设于红外顶标中的五个拐角处，包围了该红外顶标中的所有ID计数标记点，保证了ID计数标记点不会被漏读，杜绝了红外顶标中的ID被错读，提高了定位导航的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的三点红外顶标的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的红外传感器扫描过程的示意图；

图3为本发明实施例提供的五点红外顶标的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的五点红外顶标的识别方法流程图。

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。

红外顶标(按照一定距离贴在天花板上，各红外顶标间的距离远大于红外顶标中标识点间的距离，红外传感器(配有红外光源)竖直向上的固定于移动机器人的顶部上，传感器的视野中至少存在一个红外顶标，如图2所示；

图3为本发明实施例提供的用于室内无轨导航的五点红外顶标的结构示意图，为了便于说明，仅示出于本发明实施例先关的部分。

该红外顶标包括：

底板，采用非反光材料制成，在底板上设有标记点，标记点采用反光材料制成，呈M*M等距网格分布，且在一个边角处缺设，将位于五个拐点处的标记点定义为相对位姿标记点，即图3中的A标记点、B标记点、C标记点、D标记点及E标记点，剩余的标记点为ID计数标记点。

图4为本发明实施例提供的五点红外顶的标识别方法流程图，该方法包括如下步骤：

S1、查找当前定位红标中距离最大的两个标记点，记为第一相对位姿标记点A¹和第二相对位姿标记点B¹；

在本发明实施例中，第一相对位姿标记点A¹和第二相对位姿标记点B¹的查找方法包括如下步骤：

S11、计算标记点P_i与标记点P_j之间的距离D_ij，P_i表示当前红外顶标中的第i个标记点，当前红外顶标中存在n个标记点P₁……P_n，n取值大于5，小于M²，其中有五个相对位姿标记点，剩余的为ID计数标记点；

S12、检测D_ij是否大于第一距离阈值，第一距离阈值是基于图3中的标记点A与标记点D间的距离来设置，并考虑红外顶标距红外传感器的距离，若D_ij大于第一距离阈值，说明标记点P_i与标记点P_j不在同一个红外顶标，因此忽略掉P_j，则检测j是否等于n，若j不等于n，则令j＝j+1，执行步骤S11，若j等于n，则检测i是否等于n，若检测结果为否，则令i＝i+1，令j＝i+1，执行步骤S11，若检测结果为是，则将输出的标记点作为第一相对位姿标记点A¹及第二相对位姿标记点B¹；

S13、若D_ij小于第一距离阈值，说明标记点P_i与标记点P_j在同一个红外顶标中，则比较D_ij是否大于当前的距离最大值，若检测结果为是，则将D_ij作为当前的距离最大值，则检测j是否等于n，若j不等于n，则令j＝j+1，执行步骤S11，若j等于n，则检测i是否等于n，若检测结果为否，则令i＝i+1，令j＝i+1，执行步骤S11，若检测结果为是，则将输出的标记点作为第一相对位姿标记点A¹及第二相对位姿标记点B¹。

S2、查找当前红外顶标中距标记点A¹和标记点B¹所在直线最远的标记点，记为第三相对位姿标记点E¹；

计算标记点P_m距直线A¹B¹的距离L_m，直线A¹B¹是指距标记点A¹和标记点B¹所在直线，若L_m大于第二距离阈值，则说明路标点P_m不在标记点A¹与标记点B¹所在的红外顶标中，第二距离阈值是基于图3中标记点E距直线AB的实际距离来设定，并红外顶标距红外传感器的距离，若L_m小于或等于第二距离阈值，则说明说明路标点P_m位于标记点A¹与标记点B¹所在的红外顶标中，查找距直线A¹B¹最远的标记点，即为第三相对位姿标记E¹；

S3、将标记点E¹为原点，检测向量E¹A¹是否为Y轴，基于检测结果来构建红外顶标的直角坐标系；

在本发明实施例中，将向量E¹A¹顺时针旋转90度或逆时针旋转270度，检测向量E¹A¹是否与向量E¹B¹重合，若重合，则将向量E¹A¹作为Y轴，向量E¹B¹作为X轴，若不重合，则将则将向量E¹A¹作为X轴，向量E¹B¹作为Y轴，构建该红外顶标的直角坐标系。

S4、依次计算剩余标记点在直角坐标系中坐标，检测是否存在与第一设定坐标重合的标记点，若存在，则记为第四相对位姿标记点C¹，并执行步骤S5；若不存在，则该红外顶标读取失败；

S5、再检测是否存在与第二设定坐标重合的标记点，若存在，则标记为第五相对位姿标记点D¹，该红外顶标读取成功，若不存在，则该红外顶标读取失败。

第一设定坐标和第二设定坐标是红外顶标中距原点最远的两个标记点，在直角坐标系中的实际坐标，即为图3中标记点C及标记点D在红外顶标中的实际坐标。

本发明提供的用于室内定位的无轨导航的五点红外顶标及其读取方法具有如下有益效果：

相对位姿标记点设于红外顶标中的五个拐角处，包围了该红外顶标中的所有ID计数标记点，保证了ID计数标记点不会被漏读，杜绝了红外顶标中的ID被错读，提高了定位导航的准确性。

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 (3)

1.一种五点红外顶标的识别方法，其特征在于，用于室内无轨导航的五点红外顶标包括：

底板，采用非反光材料制成，在底板上设有标记点，标记点采用反光材料制成，呈M*M等距网格分布，且在一个边角处缺设，将位于五个拐点处的标记点定义为相对位姿标记点，剩余的标记点为ID计数标记点；所述识别方法包括如下步骤：

S1、查找当前定位红标中距离最大的两个标记点，记为第一相对位姿标记点A¹和第二相对位姿标记点B¹；

S2、查找当前红外顶标中距标记点A¹和标记点B¹所在直线最远的标记点，记为第三相对位姿标记点E¹；

S3、将标记点E¹为原点，检测向量E¹A¹是否为Y轴，若检测结果为是，则以向量E¹A¹作为Y轴，以向量E¹B¹作为X轴，若检测结构为否，则以向量E¹B¹作为Y轴，以向量E¹A¹作为X轴，来建立当前红外顶标的直角坐标系；

S4、依次计算剩余标记点在直角坐标系中坐标，检测是否存在与第一设定坐标重合的标记点，若存在，则记为第四相对位姿标记点C¹；

S5、检测是否存在与第二设定坐标重合的标记点，若存在，则标记为第五相对位姿标记点D¹，所述红外顶标读取成功；

第一相对位姿标记点A¹和第二相对位姿标记点B¹的查找方法包括如下步骤：

S11、计算标记点P_i与标记点P_j之间的距离D_ij，P_i表示当前红外顶标中的第i个标记点，当前红外顶标中存在n个标记点，P₁……P_n，n取值大于5，小于M²；

S12、检测D_ij是否大于第一距离阈值，若D_ij大于第一距离阈值，则检测j是否等于n，若j不等于n，则令j＝j+1，执行步骤S11，若j等于n，则检测i是否等于n，若检测结果为否，则令i＝i+1，令j＝i+1，执行步骤S11，若检测结果为是，则将输出的标记点记为第一相对位姿标记点A¹及第二相对位姿标记点B¹；

S13、若D_ij小于或等于第一距离阈值，则比较D_ij是否大于当前的距离最大值，若检测结果为是，则将D_ij作为当前的距离最大值，则检测j是否等于n，若j不等于n，则令j＝j+1，执行步骤S11，若j等于n，则检测i是否等于n，若检测结果为否，则令i＝i+1，令j＝i+1，执行步骤S11，若检测结果为是，则将输出的标记点记为第一相对位姿标记点A¹及第二相对位姿标记点B¹。

2.如权利要求1所述五点红外顶标的识别方法，其特征在于，若不存在与第一设定坐标或第二设定坐标重合的标记点，则所述红外顶标读取失败。

3.如权利要求1所述五点红外顶标的识别方法，其特征在于，向量E¹A¹是否为Y轴的判断方法具体如下：

将向量E¹A¹顺时针旋转90度或逆时针旋转270度，检测向量E¹A¹是否与向量E¹B¹重合，若重合，则向量E¹A¹为Y轴，若不重合，则向量E¹A¹为X轴。

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