CN111178317A - 检测定位方法、系统、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种检测定位方法、系统、装置、电子设备及存储介质。所述方法包括：获取相机在第一位置采集的第一图像以及在第二位置采集的第二图像，并分别获取目标物在第一图像的第一像素坐标，以及目标物在第二图像中的第二像素坐标，根据所述第一像素坐标、第一像素坐标和第一位置与第二位置之间的位置变化量，计算出目标物在相机坐标系下的三维坐标，并根据所述三维坐标，以及相机和作业设备之间的位置关系控制机构器件移动作业设备至目标物对应的位置。配合相机与作业设备的机械设置，在利用相机拍摄的图像进行检测定位时，避免了对相机的外参求解，减小了检测定位中的计算量，从而降低了在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
Description
技术领域
本申请涉及机器视觉技术领域，更具体地，涉及一种检测定位方法、系统、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
随着建筑行业的不断发展，可以依赖机器设备进行一些危险指数较高的作业，例如，高空作业。机器设备需要依赖相机采集的图像进行定位检测来确定所要移动的方向和距离。
在利用相机采集的图像进行定位检测时，需要考虑实际的场景，在一些条件较为恶劣的场景下，如高空场景下受到重力和风力影响，大大增加了利用相机采集的图像进行检测定位的难度。
发明内容
本申请提出了一种检测定位方法、系统、装置、电子设备及存储介质，以改善上述问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种检测定位方法，应用于检测定位系统，所述系统包括相机、作业设备、机构器件以及处理器，所述作业设备以及所述相机设置于所述机构器件，该方法包括：基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标；基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置；根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标；根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
第二方面，本申请实施例提供了一种检测定位系统，该系统包括相机，作业设备，机构器件以及处理器，所述作业设备以及所述相机设置于所述机构器件，所述相机用于采集图像；所述处理器用于基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标；所述处理器还用于基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置；所述处理器还用于根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标；所述处理器还用于根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，确定所述作业设备相对所述目标物的位置；所述机构器件用于根据所述作业设备相对所述目标物的位置，控制所述作业设备移动到所述目标物对应的位置。
第三方面，本申请实施例提供了一种检测定位装置，应用于检测定位系统，所述系统包括相机、作业设备、机构器件以及处理器，所述作业设备以及所述相机设置于所述机构器件，该装置包括：第一像素坐标获取模块，用于基于相机在第一位置采集的第一图像获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标；第二像素坐标获取模块，用于基于相机在第二位置采集的第二图像获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置；转换模块，用于根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标；控制模块，用于根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括一个或多个处理器；存储器；一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行如上述应用于电子设备的方法。
第五方面，本申请实施列提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序代码，其中，在所述程序代码运行时执行上述的方法。
本申请实施例提供的检测定位方法、系统、装置、电子设备及存储介质，获取相机在第一位置采集的第一图像以及在第二位置采集的第二图像，并分别获取目标物在第一图像的第一像素坐标，以及目标物在第二图像中的第二像素坐标，根据所述第一像素坐标、第一像素坐标和第一位置与第二位置之间的位置变化量，计算出目标物在相机坐标系下的三维坐标，并根据所述三维坐标，以及相机和作业设备之间的位置关系控制机构器件移动作业设备至目标物对应的位置。配合相机与作业设备的机械设置，在利用相机拍摄的图像进行检测定位时，避免了对相机的外参求解，减小了检测定位中的计算量，从而降低了在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一个实施例提供的检测定位方法的流程图。
图2示出了本申请另一个实施例提供的检测定位方法的流程图。
图3示出了检测面为窗框时，窗框中各个角点的示意图。
图4示出了本申请又一个实施例提供的检测定位方法的流程图。
图5示出了图像物理坐标系，像素坐标系以及相机坐标系与检测面的示意图。
图6示出了同一个点在不同坐标系中的位置示意图。
图7示出了在相机采集图像中部分窗框的示意图。
图8示出了本申请再一个实施例提供的检测定位方法的流程图。
图9示出了本申请一个实施例提供的检测定位装置的功能模块图。
图10示出了本申请实施例提出的用于执行根据本申请实施例的检测定位方法的电子设备的结构框图。
图11示出了本申请实施例提供的用于保存或者携带实现根据本申请实施例的检测定位方法的程序代码的存储介质。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
随着建筑行业的不断发展，在建筑施工的过程中，可以利用机器设备来帮助人们完成一些危险性较高的作业，例如，对较高的楼层的窗户进行清理，或是进行一些必要的测试等。由于在高空中，采用人工作业的方式容易造成事故的发生，因而可以通过可移动设备在高空中作业。
其中，机器设备上可以采用相机作为可移动设备的“眼睛”，机器设备可以基于相机采集到的图像，即视觉定位来确定所要移动的方向和距离。发明人在研究中发现，在高中作业时，可以利用机器设备来完成一些危险系数较高的工作，例如，对高空中的墙面进行检测或清理，既可以提升效率也可以降低作业人员的危险指数。然而，在高空作业的环境下，由于风力和重力的影响，相机随时都在晃动。从而造成物体相对于相机的位置一直在不同的变动，加上相机不停的晃动也难以拍摄到清晰的图像，从而，在高空作业的场景下对目标物进行检测定位计算量和难度大大增加。
因此，发明人提出了本申请中检测定位方法、系统、装置、电子设备及存储介质，获取相机在第一位置采集的第一图像以及在第二位置采集的第二图像，并分别获取目标物在第一图像的第一像素坐标，以及目标物在第二图像中的第二像素坐标，根据所述第一像素坐标、第一像素坐标和第一位置与第二位置之间的位置变化量，计算出目标物在相机坐标系下的三维坐标，并根据所述三维坐标，以及相机和作业设备之间的位置关系控制机构器件移动作业设备至目标物对应的位置。配合相机与作业设备的机械设置，在利用相机拍摄的图像进行检测定位时，避免了对相机的外参求解，减小了检测定位中的计算量，从而降低了在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
下面将对本申请实施例进行详细的说明。
请参阅图1，本申请实施例提供了一种检测定位方法，应用与检测定位系统，所述检测定位系统包括相机、作业设备、机构器件以及处理器，其中，所述作业设备以及所述相机设置在所述机构器件上。其中，所述机构器件可以控制所述相机以及所述作业设备进行移动或旋转，其中，所述相机以及所述作业设备可以固定连接，从而可以避免所述相机随意发生移动，在利用相机采集图像上，可以通过机构器件调整相机，使相机的镜头面与检测面平行，具体的该方法可以包括：
步骤S110，基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标。
其中，所述相机设置在所述机构器件上，采集第一图像，所述机构器件可以移动所述相机，其中，定义所述相机在第一位置处拍摄的检测面的图像为第一图像，从而，可以获取到相机采集的第一图像，对所述第一图像进行分析，可以求出目标物在第一图像中的像素坐标作为第一像素坐标。在采集所述第一图像之前，可以通过所述机构器件调节相机的位置，使相机的光轴与检测面垂直，即相机的镜头面与检测面平行。
步骤S120，基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置。
在所述相机在所述第一位置采集第一图像后，可以保持所述相机的光轴与检测面垂直平移相机，移动到第二位置上拍摄检测面的图像得到第二图像，其中，定义所述相机在第二位置处采集的图像为第二图像，从而，可以获取到相机采集的第二图像，对所述第二图像进行分析，可以求出目标物在第二图像中的像素坐标作为第二像素坐标。
步骤S130，根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标。
在获取到目标物在第一图像中的第一像素坐标后，可以根据所述第一像素坐标获取到与所述第一像素坐标对应的在相机坐标系中的三维坐标。在获取到第二图像中的第二像素坐标后，可以根据所述第二像素坐标获取到与所述第二像素坐标对应的在相机坐标系中三维坐标。其中，获取到的第一像素坐标对应的在相机坐标系中的三维坐标以及第二像素坐标对应的在相机坐标系中的三维坐标可以是假设的带有未知数的三维坐标，再结合所述第二位置与第一位置之间的位置变化量可以求解出假设的三维坐标中的未知数，从而可以求出所述目标物在相机坐标系中的三维坐标。
具体的，在通过第一像素坐标，第二像素坐标，以及位置变化量计算目标物在相机坐标系下的三维坐标可以是通过各个坐标系中间的转换关系，以及相机的内参，建立多个方程组联立求解计算出三维坐标。可以理解的是，在使用相机之前，需要对相机进行标定，标定可以获取到相机的畸变参数，焦距等内参，从而可以获取到相机内参用于计算所述目标物在相机坐标系中的三维坐标。
步骤S140，根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
在计算得到目标物的三维坐标后，由于三维坐标为相机相对于所述目标物的位置，从而可以根据相机与作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标确定所述作业设备和目标物之间的位置关系，从而可以控制机构器件移动所述作业设备值目标物所在的位置，从而所述作业设备可以在所述目标物所在的位置对所述目标物执行操作。
在一些实施方式中，预先建立有参考坐标系，参考坐标系可以是以检测面的横平竖直的方向，以及垂直与所述检测面的方向，建立的三维坐标系，即所述考参考坐标系的X轴检测面横平方向的边界平行，Y轴与检测面竖直方向的边界平行，Z轴与检测面垂直。相机的位置与建立参考坐标系之间可能存在旋转角度，即当相机在第一位置采集第一图像时，第一位置与参考坐标系之间可能存在一个旋转角度，在采集第一图像中，第一图像中的目标物的边界与参考坐标系并非为平行的关系，则可以认为相机在第一位置相对于参考坐标系具有一个旋转角度，则可以根据在第一位置采集的第一图像计算出对应的旋转角度。可以理解的是，相机在第二位置采集第二图像时，第二位置与参考坐标系之间可能也会存在一个旋转角度。从而可以基于相机在第一位置采集的第一图像或第二位置采集的第二图像，获取目标物的边界的斜率确定第一位置相对于参考坐标系的旋转角度，以及第二位置相对于参考坐标系的旋转角度。
在相机所在的位置即相机坐标系与参考坐标系之间存在旋转角度时，可以根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标确定所述作业设备与所述目标物之间的位置关系，从而可以根据所述旋转角度以及作业设备与目标物之间的位置关系控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的地方。
本申请提出的检测定位方法，获取相机在第一位置采集的第一图像以及在第二位置采集的第二图像，并分别获取目标物在第一图像的第一像素坐标，以及目标物在第二图像中的第二像素坐标，根据所述第一像素坐标、第一像素坐标和第一位置与第二位置之间的位置变化量，计算出目标物在相机坐标系下的三维坐标，并根据所述三维坐标，以及相机和作业设备之间的位置关系控制机构器件移动作业设备至目标物对应的位置。配合相机与作业设备的机械设置，在利用相机拍摄的图像进行检测定位时，避免了对相机的外参求解，减小了检测定位中的计算量，从而降低了在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
请参阅图2，本申请另一实施例提供了一种检测定位方法，在上一实施例的基础上重点描述了在基于相机在第一位置采集第一图像之前的过程。具体的，该方法可以包括：
步骤S210，获取相机采集的图像。
步骤S220，检测所述图像中是否包括目标物。
在所述相机采集图像之前，可以对相机进行调整，使所述相机的光轴与所述检测面垂直。在对所述相机调整之后，可以控制所述相机拍摄所述检测面采集图像，从而可以获取到相机采集的图像。在获取到相机采集的图像之后，可以对所述图像进行图像检测来确定所述图像中是否包括目标物。
在检测所述图像中是否包括目标物可以是提取所述图像中的线段；求解所述线段的交点坐标以及线段两端的端点坐标；判断所述交点坐标以及端点坐标之间的关系是否符合所述目标物的结构特征；若是，则可以确定所述图像中包括所述目标物。
具体的，在对提取所述图像中的线段之前，可以是先对获取到的图像进行图像预处理，所述图像预处理可以是将获取到的彩色图像转换为灰度图，再基于所述灰度图进行高斯滤波，最后利用canny算子进行边缘检测输出二值化图像。在提取所述图像中的线段时，可以是对所述二值化图像进行霍夫直线检测，先做霍夫变换，获得线段端点坐标，再绘制出提取的线段；根据绘制出的线段求解两直线的交点，具体的，可以是在通过直线上的两个端点坐标求解一元直线方程，从而可以求出两条直线的交点坐标，从而可以根据所述两个端点坐标与所述交点坐标的值判断是否与所述目标物的结构特征相符合，若是符合，则可以确定所述图像中包括所述目标物。
例如，在进行窗框角点检测时，检测面即为窗框所在的面，其中窗框中的各个角点的示意图可以参照图3。其中，窗框中包括多个角点，可以从所述多个角点中选取一个作为目标物，其余角点作为标记物。例如，确定需要检测的目标物为左上方的角点，假设左上方的角点的坐标为(U0,V0)，两个端点坐标为(U1,V1)(U2,V2)，假设所述相机拍摄所述窗框面时，保持所述像素坐标系与所述窗框平行，那么窗框线在所述图像中也是横平竖直的状态。从而该角点的坐标与所述两个端点的坐标之间的关系为U0＝U2<U1，V0＝V1>V2，若图像角点坐标与两个端点坐标不满足该关系，则可以认为图像中标记物的结构特征与目标物的结构特征不符合，即所述图像中没有包括所述目标物。若图像角点坐标与两个端点坐标满足该关系，则可以认为图像中的标记物的结构特征与目标物的结构特征相符合，即所述图像中包括所述目标物，从而根据图像中的标记物的坐标以及两个端点的坐标可以确定所述图像中是否包括所述目标物。
步骤S230，若不包括，控制所述相机进行移动直至所述相机采集的图像中包括所述目标物。
若对所述相机获取到的图像进行图像检测后，确定所述图像中不包括所述目标物，则可以根据图像检测获取到的交点坐标以及端点坐标确定所述图像中包括的标记物的结构特征，从而确定所述图像中包括的标记物。
可以预先存储有标记物与标记物之间的位置关系，在从所述标记物中选取一个作为目标物时，则可以获取到目标物与各个标记物之间的位置关系，从而可以根据所述位置关系控制相机进行移动直至所述相机采集的图像中包括所述目标物。
例如，如前述举例中的窗框角点检测，在确定目标物为左上方的角点时，若对相机采集的图像进行图像检测后，确定所述图像中的目标物为右上角角点，那么，可以根据所述右上角角点与所述目标物即左上角角点的位置关系，可以确定目标物在相机的左侧，从而可以控制所述相机向左移动一定距离后，再次拍摄图像，对相机拍摄的图像进行图像检测，确定所述图像中是否包括目标物，直到所述相机采集的图像中包括所述目标物。
步骤S240，控制所述相机采集包括所述目标物的图像作为所述第一图像。
在对相机采集的图像进行检测后，若此时图像中包括所述目标物，则控制相机在该位置处拍摄检测面得到的图像作为第一图像。从而在第一图像中可以包括所述目标物。
步骤S250，基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置。
相机在第一位置采集第一图像后，可以将相机从第一位置移动到第二位置，具体的，可以是依据所建立的相机坐标系，将所述相机沿任一坐标轴平移移动的距离，使所述相机可以移动到第二位置。具体的，可以通过控制指令以使所述机构器件将所述相机移动到第二位置采集包括所述目标物的第二图像。
假设建立的相机坐标系为Xc-Yc-Zc，原点为Oc，以相机的镜头所在的平面为Xc-Oc-Yc，可以使该平面与所述检测面平行。若定义水平线条向右作为Xc的初始方向，将竖直线条向上方向作为所述Yc的初始方向，垂直于所述检测面的方向即光轴的方向作为Zc的初始方向。在将相机从第一位置移动到第二位置时，则可以是将所述相机沿Zc的负方向移动距离d，从而所述相机移动到第二位置后，拍摄所述检测面可以获取到包括所述目标物的第二图像。
对所述第一图像和所述第二图像分别进行图像检测，可以获取到第一图像中目标物中的第一交点坐标以及第二图像中的目标物中的第二交点坐标，将获获取到的第一交点坐标作为第一像素坐标，将获取到的第二交点坐标作为第二像素坐标。
步骤S260，根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标。
步骤S270，根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
步骤S260至步骤S270可参照前述实施例对应的部分，在此不再赘述。
本申请提出的检测定位方法，在采集的图像中不包括目标物时，通过目标物与其他标记物之间的位置关系，移动所述相机，使所述相机拍摄的图像中包括所述目标物，从而相机可以根据拍摄到的图像找到目标物，继续采集包括目标物的图像，从而可以基于所述包括目标物的图像对所述目标物进行定位检测确定出目标物的三维坐标，并根据所述三维坐标，以及相机和作业设备之间的位置关系控制机构器件移动作业设备至目标物对应的位置配合相机与作业设备的机械设置，在利用相机拍摄的图像进行检测定位时，避免了对相机的外参求解，减小了检测定位中的计算量，从而降低了在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
请参阅图4，本申请又一实施例提供了一种检测定位方法，本实施例在前述实施例的基础上，重点描述了根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标的过程。如图4所示，该方法可以包括：
步骤S310，基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标。
步骤S320，基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置。
步骤S310至步骤S330可参照前述实施例对应部分，在此不再赘述。
步骤S330，根据像素坐标系、图像物理坐标系、以及所述相机坐标系之间的变换矩阵，建立所述第一像素坐标与所述三维坐标的第一方程组以及所述第二像素坐标与所述三维坐标的第二方程组。
步骤S340，根据所述第一方程组和所述第二方程组以及位置变化量计算所述三维坐标。
请参阅图5，示出了图像物理坐标系，像素坐标系以及相机坐标系与检测面的示意图。其中，所述检测面为11，建立的相机坐标系为Yc-Xc-Zc，原点为Oc，建立的图像物理坐标系为X-Y，原点为O，建立的像素坐标系为U-V，原点为Op。其中，定义水平线条向右作为Xc的初始方向，将竖直线条向上方向作为所述Yc的初始方向，垂直于所述检测面的方向即光轴的方向作为Zc的初始方向。如图5所示，相机坐标系下的检测面11投影至图像物理坐标系，进一步转换到像素坐标系中。
其中，从相机坐标系到图像物理坐标系，属于透视投影关系，在理想无畸变的情况下满足三角形的相似定理。假设P点在相机坐标系的坐标为(Xc，Yc，Zc)，理想情况下P点在图像物理坐标系中的坐标为(X，Y)，相机的焦距为f，可参阅图6，示出了同一个点在不同坐标系中的位置示意图。那么根据三角形的相似定理即三角形ABOc相似于三角形OCOc，三角形BPOc相似于三角形CpOc可以得到关系式
以及关系式
根据所述关系式融合成矩阵可以表示为：
然而，在实际情况下，需要考虑相机的透镜的精度和工艺引入畸变，请继续参阅图6，相机获得的为带畸变的图像，即P点实际投影至P`点，因而需要建立畸变数学模型表示畸变前后点的坐标关系。通常，畸变模型由径向畸变和切向畸变参数确定，其中，其中径向畸变参数为k1、k2、k3，切向畸变参数为p1、p2，它们值可在相机标定时唯一确定。那么p点与p’点的坐标关系如下：
其中，r2＝X2+Y2，从而可以求出P点的实际投影点在图像物理坐标系中的坐标。
图像物理坐标系和像素坐标系之间的转换在同一个平面上，其表示单位不一致，假设点P在像素坐标系中的坐标为(u，v)，那么，像素坐标系与图像物理坐标系之间的转换关系如下：
其中，dx表示x方向的一个像素所占的长度单位，dy表示y方向的一个像素所占的长度单位。u0，v0表示图像的中心像素坐标和图像原点像素坐标之间相差的横向和纵向像素数，并且dx、dy、u0、v0的值是在对相机标时可以获知到。
基于上述相机坐标系和图像物理坐标系之间的转换关系，以及所述图像物理坐标系与所述像素坐标系之间的转换关系可以建立第一像素坐标与所述三维坐标的第一方程组，以及所述第二像素坐标与所述三维坐标的第二方程组。
例如，第一像素坐标为(U1，V1)，设该点对应的在相机坐标系中的坐标为(X0,Y0，Z0)，第二像素坐标为(U2，V2)，假设第二位置是从第一位置处沿相机坐标系Z轴的负方向移动d m后所在的位置，即位置变化量为d，那么该点对应的相机坐标系中的坐标为(X0,Y0，Z0+d)，假设求得第一像素坐标对应的在图像物理坐标系中的坐标为(X1,Y1)，第二像素坐标对应的在图像物理坐标系中的坐标为(X2,Y2)，通过图像物理坐标系与相机坐标系之间的转换关系可以得到第一方程组：
第二方程组
联立所述第一方程组和第二方程组从而可以计算出该点在相机坐标系下三维坐标。
在一些实施方式中，由于预先设置有参考坐标系，参考坐标系可以是根据检测面确定的，其中，X轴可以是与检测面横平方向的边界平行，Y轴与检测面竖直方向的边界平行，Z轴与检测面垂直。在相机移动时，可能出现旋转角度，由此可以通过采集的图像求取对应的旋转角度，例如，相机在第二位置时，现对于参考坐标系，存在一个旋转角度，即当相机坐标系的Xc-O-Yc平面绕Zc轴旋转，相机坐标系相对于参考坐标系存在一个旋转角度，可由图像中目标物的边界的斜率得出旋转角度。则可以获取在第二位置采集的第二图像，对所述第二图像进行图像检测求得所述旋转角度，可以理解的是，相机在第一位置时，与参考坐标系之间可能也存在旋转角度，可以通过相同的方式求取对应的旋转角度。
可参阅图7，示出了相机采集的图像的示意图，在图7中，出现的为窗框的部分图像，对所述图像进行图像检测可以获得线段两个端点坐标E(u1,v1)、F(u2,v2)，根据公式
可以求出旋转角度。由于相机坐标系的坐标轴Xc，Yc以及Zc存在正方向，其正负值也对应的相机的逆时针旋转和顺时针旋转。
步骤S350，根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
作为一种实施方式，若相机相对于参考坐标系之间不存在旋转角度，则可以根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，确定所述目标物相对于所述作业设备的位置，从而可以控制所述机构器件移动所述作业设备到达所述目标物对应的位置，实现对所述目标物的检测定位。
作为另一种实施方式，若相机相对于参考坐标系存在旋转角度，那么在获取到目标物的三维坐标以及相机的旋转角度后，可以根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，确定所述目标物相对于所述作业设备的位置，并确定相机相对于参考坐标系的旋转角度，从而可以控制所述机构器件移动所述作业设备到达所述目标物对应的位置，实现对所述目标物的检测定位。
在本申请实施例中，根据像素坐标系、图像物理坐标系、相机坐标系之间的转换关系建立第一像素坐标与所述三维坐标的第一方程组，第二像素坐标与所述三维坐标的第二方程组，通过求解建立的所述方程组，求得目标物的在相机坐标系中的三维坐标。在所述相机发生旋转时，对应的相机坐标系也会发生旋转，产生旋转角度，通过对相机采集的图像进行检测，可以计算出目标物边界的斜率，从而可以求取到对应的旋转角度。存在旋转角度时，可以根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系、所述三维坐标以及所述旋转角度控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。在不存在旋转角度时，可以根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。从而配合与作业设备的连接设置，降低在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
请参阅图8，本申请再一实施例提供了一种检测定位方法，本实施例在前述实施例的基础上，重点描述了检测定位方法的完整过程，应用于检测定位系统，其中所述所述检测定位系统包括相机，作业设备，机构器件以及处理器，所述作业设备以及所述相机设置于所述机构器件，所述方法包括：
步骤S410，所述相机将采集的图像发送给所述处理器。
步骤S420，所述处理器基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标。
步骤S430，所述处理器基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置。
步骤S440，所述处理器根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标。
步骤S450，所述处理器根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，确定所述作业设备相对所述目标物的位置并将所述位置发送给所述机构器件。
步骤S460，所述机构器件根据所述作业设备相对所述目标物的位置，控制所述作业设备移动到所述目标物对应的位置。
定位检测系统中可以包括相机，作业设备，机构器件以及处理器，其中，所述相机和所述作业设备之间可以刚性连接，设置在所述机构器件上，所述机构器件可以控制所述相机以及所述作业设备移动，所述相机可以采集图像发送给所述处理器进行图像定位，所述作业设备可以执行相关的作业；所述处理器可以基于相机采集到的图像进行处理，实现对目标物的定位检测。
作为一种实施方式，所述机构器件可以控制相机和作业设备整体发生移动，也可以对所述相机和作业设备连接所在的平台通过气动组件进行调整。在所述相机，作业设备以及机构器件可以相互通信的情况下，所述处理器，可以是设置在所述相机内，或是作业设备上，或是所述机构器件上，也可以是单独设置，可以实现处理器与所述相机，作业设备，机构器件的相互通信即可，具体的设置位置可以根据实际的需要进行选择，在此不做具体限定。
当相机在所述第一位置采集到包括所述目标物的第一图像后，可以将所述第一图像发送给所述处理器进行图像检测，从而所述处理器可以获取到第一图像中目标物对应的图像像素坐标为第一像素坐标。处理器可以发送控制指令指示所述机构器件将所述相机和所述作业设备的移动一定的距离到第二位置，通过采集指令控制相机在第二位置处采集包括所述目标物的第二图像。相机将所述第二图像发送给所述处理器进行图像检测，从而所述处理器可以获取到第二图像中目标物对应的图像像素坐标作为第二像素坐标。从而所述处理器可以根据所述第一像素坐标，第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算出目标物在所述相机坐标系下的三维坐标。
在一些实施方式中，还可以根据相机采集的图像计算目标物的边界的斜率，从而可以获取到相机的旋转角度。
处理器可以在获取到目标物的三维坐标，或是旋转角度后，根据所述相机和所述作业设备之间的位置关系，确定出目标物与所述作业设备之间的位置关系。作为一种实施方式，所述处理器可以在确定出目标物与所述作业设备之间的位置关系后，计算出作业设备需要移动的方向和距离，将所述的方向和距离携带在控制指令中发送给所述机构器件，从而，所述机构器件则可以根据获取到的方向和距离，将所述作业设备移动到对应的位置。
作为另一种实施方式，在所述机构器件中可以将目标物相对于相机坐标系的位置转换为所述目标物相对于所述作业设备的位置，从而所述处理器可以直接将所述目标物的三维坐标以及旋转角度发送给所述机构器件，以所述三维坐标和所述旋转角度出发所述机构器件的移动，那么机构器件则可以根据三维坐标和所述旋转角度移动所述作业设备至目标物对应的位置。从而利用相机与作业设备的刚性连接，增强了相机的位置的稳定性，基于相机采集到的图像进行检测定位时，降低了三维测量的计算量，增强了实时性的同时也能成功对目标物进行定位，从而降低在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
请参阅图9，其示出了本申请实施例提供的一种检测定位装置500，所述检测定位装置500包括第一像素坐标获取模块510、第二像素坐标获取模块520、转换模块模块530以及控制模块540。
所述第一像素坐标获取模块510，用于基于相机在第一位置采集的第一图像获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标；所述第二像素坐标获取模块520，用于基于相机在第二位置采集的第二图像获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置；所述转换模块530，用于根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标；所述控制模块540，用于根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
进一步的，预先设置有参考坐标系，所述转换模块还用于基于所述相机在第一位置采集的第一图像或第二位置采集的第二图像，获取目标物的边界的斜率；根据所述斜率确定所述相机在第一位置相对于所述参考坐标系的旋转角度或相机在第二位置相对于所述参考坐标系的旋转角度，所述控制模块540还用于根据所述旋转角度、所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
进一步的，所述检测定位装置500还包括检测模块，在基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标之前，所述检测模块用于获取所述相机采集的图像；检测所述图像中是否包括目标物；若不包括，控制所述相机进行移动直至所述相机采集的图像中包括所述目标物；控制所述相机采集包括所述目标物的图像作为所述第一图像。
进一步的，所述检测模块还用于提取所述图像中的线段；求解所述线段的交点坐标以及线段两端的端点坐标；判断所述交点坐标以及端点坐标之间的关系是否符合所述目标物的结构特征；若是，确定所述图像中包括所述目标物。
进一步的，预先存储有标记物与目标物之间的位置关系，所述检测模块还用于根据所述交点坐标以及端点坐标确定所述图像中的所述标记物；根据所述标记物与目标物之间的位置关系确定移动方向和距离，使所述相机移动到采集的图像中包括所述目标物。
进一步的，所述第一像素坐标获取模块510以及第二像素坐标获取模块520还用于分别对所述第一图像和所述第二图像进行图像检测，获取第一图像中目标物中的第一交点坐标以及第二图像中目标物中的第二交点坐标；将获取到的第一交点坐标作为所述第一像素坐标，将获取到第二交点坐标作为所述第二像素坐标。
进一步的，所述转换模块530还用于根据像素坐标系、图像物理坐标系、以及所述相机坐标系之间的变换矩阵，建立所述第一像素坐标与所述三维坐标的第一方程组以及所述第二像素坐标与所述三维坐标的第二方程组；根据所述第一方程组和所述第二方程组以及位置变化量计算所述三维坐标。。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
综上所述，本申请提供的检测定位方法，获取相机在第一位置采集的第一图像以及在第二位置采集的第二图像，并分别获取目标物在第一图像的第一像素坐标，以及目标物在第二图像中的第二像素坐标，根据所述第一像素坐标、第一像素坐标和第一位置与第二位置之间的位置变化量，计算出目标物在相机坐标系下的三维坐标，并根据所述三维坐标，以及相机和作业设备之间的位置关系控制机构器件移动作业设备至目标物对应的位置。配合相机与作业设备的机械设置，在利用相机拍摄的图像进行检测定位时，避免了对相机的外参求解，减小了检测定位中的计算量，从而降低了在高空作业的场景下对目标物的进行定位检测难度。
在本申请所提供的几个实施例中，所显示或讨论的模块相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
请参考图10，其示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构框图。该电子设备600可以是智能手机、平板电脑、电子书等能够运行应用程序的电子设备。本申请中的电子设备600可以包括一个或多个如下部件：处理器610、存储器620、以及一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序可以被存储在存储器620中并被配置为由一个或多个处理器610执行，一个或多个程序配置用于执行如前述方法实施例所描述的方法。
处理器610可以包括一个或者多个处理核。处理器610利用各种接口和线路连接整个电子设备600内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器620内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器620内的数据，执行电子设备600的各种功能和处理数据。可选地，处理器610可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器610可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器610中，单独通过一块通信芯片进行实现。
存储器620可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。存储器620可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器620可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储电子设备600在使用中所创建的数据(比如电话本、音视频数据、聊天记录数据)等。
请参考图11，其示出了本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质的结构框图。该计算机可读存储介质700中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行上述方法实施例中所描述的方法。
计算机可读存储介质700可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质700包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。计算机可读存储介质700具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码710的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码710可以例如以适当形式进行压缩。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种检测定位方法，其特征在于，应用于检测定位系统，所述系统包括相机、作业设备、机构器件以及处理器，所述作业设备以及所述相机设置于所述机构器件，所述方法包括：
基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标；
基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置；
根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标；
根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预先设置有参考坐标系，所述方法还包括：
基于所述相机在第一位置采集的第一图像或第二位置采集的第二图像，获取目标物的边界的斜率；
根据所述斜率确定所述相机在第一位置相对于所述参考坐标系的旋转角度或相机在第二位置相对于所述参考坐标系的旋转角度；
所述根据所述三维坐标确定所述目标物相对所述相机的位置，包括：
根据所述旋转角度、所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标之前，还包括：
获取所述相机采集的图像；
检测所述图像中是否包括目标物；
若不包括，控制所述相机进行移动直至所述相机采集的图像中包括所述目标物；
控制所述相机采集包括所述目标物的图像作为所述第一图像。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测所述图像中是否包括目标物，包括：
提取所述图像中的线段；
求解所述线段的交点坐标以及线段两端的端点坐标；
判断所述交点坐标以及端点坐标之间的关系是否符合所述目标物的结构特征；
若是，确定所述图像中包括所述目标物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，预先存储有标记物与目标物之间的位置关系，所述控制所述相机进行移动直至所述相机采集的图像中包括所述目标物，包括：
根据所述交点坐标以及端点坐标确定所述图像中的所述标记物；
根据所述标记物与目标物之间的位置关系确定移动方向和距离，使所述相机移动到采集的图像中包括所述目标物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标，基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，包括：
分别对所述第一图像和所述第二图像进行图像检测，获取第一图像中目标物中的第一交点坐标以及第二图像中目标物中的第二交点坐标；
将获取到的第一交点坐标作为所述第一像素坐标，将获取到第二交点坐标作为所述第二像素坐标。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标，包括：
根据像素坐标系、图像物理坐标系、相机坐标系之间的变换矩阵，以及第二位置与第一位置之间的位置变化量建立所述第一像素坐标与所述三维坐标的第一方程组以及所述第二像素坐标与所述三维坐标的第二方程组；
根据所述第一方程组和所述第二方程组以及位置变化量计算所述三维坐标。
8.一种检测定位系统，其特征在于，所述系统包括相机，作业设备，机构器件以及处理器，所述作业设备以及所述相机设置于所述机构器件；
所述相机用于采集图像；
所述处理器用于基于相机在第一位置采集的第一图像，获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标；
所述处理器还用于基于相机在第二位置采集的第二图像，获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置；
所述处理器还用于根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标；
所述处理器还用于根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，确定所述作业设备相对所述目标物的位置；
所述机构器件用于根据所述作业设备相对所述目标物的位置，控制所述作业设备移动到所述目标物对应的位置。
9.一种检测定位装置，其特征在于，应用于检测定位系统，所述系统包括相机、作业设备、机构器件以及处理器，所述作业设备以及所述相机设置于所述机构器件，所述装置包括：
第一像素坐标获取模块，用于基于相机在第一位置采集的第一图像获取目标物在所述第一图像中的第一像素坐标；
第二像素坐标获取模块，用于基于相机在第二位置采集的第二图像获取目标物在所述第二图像中的第二像素坐标，所述第二位置为所述相机从第一位置移动后的位置；
转换模块，用于根据所述第一像素坐标、所述第二像素坐标以及第二位置与第一位置之间的位置变化量，计算所述目标物在相机坐标系下的三维坐标；
控制模块，用于根据所述相机与所述作业设备之间的位置关系以及所述三维坐标，控制所述机构器件移动所述作业设备至所述目标物对应的位置。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，与所述一个或多个处理器电连接；
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
11.一种计算机可读取存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
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