CN112135042B - 一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法 - Google Patents
一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,包括:将第一直尺沿地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块的图像视野中,调整第一直尺的位置和姿态,俯仰调整机构调整锁定;将第二直尺沿垂直于地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块的图像视野中,调整第二直尺的位置和姿态,横滚调整机构调整锁定;利用机器人坐标定位器测量求得第一直尺的航向角,将地面移动机器人置于第一直尺的标尺起始位置,调整地面移动机器人的航向角与第一直尺的航向角一致,锁定航向调整机构;求得相机轴向偏置距离和相机垂直轴向偏置距离;根据控制坐标系中心GPS坐标、航向角、相机轴向偏置距离和相机垂直轴向偏置距离,求得图像中轴线GPS坐标。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人技术领域,尤其是一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法。
背景技术
地面移动机器人搭载相机可对路面进行高清成像,为了实现图像基于位置拼接或目标定位须对捕获的照片精确定位。目前,现有技术中的地面移动机器人通常通过双天线GPS、陀螺仪、编码器信息融合获取机器人用于运动控制的位置和航向角,但是,其受机器人本体加工精度和GPS天线在机器人本体上的安装误差影响,机器人控制所采纳的位置和航向角是无法与机器人本体物理中心点和中轴线完全对准,因此,现有技术中直接利用从机械结构上测量的相机相对于机器人本体的偏置距离和角度结果换算实时相机捕获图像的位置和航向角误差较大。
为此,本技术特提出一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,其直接利用地面移动机器人运动控制的坐标系对相机偏转角度调整,并测量相机坐标系相对机器人运动控制坐标系的偏置距离,以保证准确可靠。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,本发明采用的技术方案如下:
一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,采用机器人坐标定位器、第一直尺、第二直尺和直角尺进行标定;所述地面移动机器人上固定有一相机姿态调整机构;所述相机姿态调整机构上设置有一相机成像模块;所述相机姿态调整机构包括横滚调整机构、俯仰调整机构、航向调整机构;所述相机成像模块垂直向下拍摄图像;
所述地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,包括以下步骤:
将地面移动机器人置于平整开阔平面地面上并处于静止状态,启动相机成像模块并拍摄图像;
将所述第一直尺沿地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第一直尺的位置和姿态,并进行俯仰调整机构调整锁定;
将所述第二直尺沿垂直于地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第二直尺的位置和姿态,并进行横滚调整机构调整锁定;
将第一直尺置于开阔平面地面上,并利用机器人坐标定位器测量求得第一直尺的航向角,将地面移动机器人置于第一直尺的标尺起始位置,调整地面移动机器人的航向角与第一直尺的航向角一致,并进行航向调整机构调整锁定;
获取图像中横向中线与第一直尺交叉位置的第一刻度,并记为相机轴向偏置距离Dy;
将直角尺贴紧在第一直尺与第二直尺之间,并读取第二直尺上第一直尺与第二直尺交叉位置的第二刻度;获取图像中竖向中心与第二直尺交叉位置的第三刻度,求得第二刻度与第三刻度之间的差值,并记为相机垂直轴向偏置距离Dx;
地面移动机器人实际采集图像过程中,根据地面移动机器人输出的控制坐标系中心GPS坐标(x1,y1)和航向角α,并结合相机轴向偏置距离Dy和相机垂直轴向偏置距离Dx,求得图像中心GPS坐标(x2,y2),其表达式为:
进一步地,所述俯仰调整机构调整锁定,包括以下步骤:
将所述第一直尺沿地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第一直尺的位置和姿态,直至第一直尺位于图像竖向中线上;
调整俯仰调整机构,直至图像中第一直尺的任一刻度位置清晰度一致,并锁定俯仰调整机构。
进一步地,所述横滚调整机构调整锁定,包括以下步骤:
将所述第二直尺沿垂直于地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第二直尺的位置和姿态,直至第二直尺位于图像的横向中心线上;
调整横滚调整机构,直至图像中第二直尺的任一刻度位置清晰度一致,并锁定横滚调整机构。
更进一步地,所述航向调整机构调整锁定,包括以下步骤:
将第一直尺置于开阔平面地面上,利用机器人坐标定位器依次采集第一直尺的刻度所在测的起始刻度的第一GPS坐标和第一直尺的另一端的任一刻度的第二GPS坐标;根据第一GPS坐标和第二GPS坐标求得第一直尺的航向角;
将地面移动机器人移动至第一直尺的刻度所在测的起始刻度处,并利用地面移动机器人输出的航向角,调整地面移动机器人的姿态直至地面移动机器人输出的航向角与第一直尺的航向角一致;
调整航向调整机构,直至图像中第一直尺与图像竖向中线的夹角为零,并锁定航向调整机构。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明巧妙地利用了第一直尺沿地面移动机器人中轴线方向放置,并观察第一直尺在图像中的位置和清晰度,以调整俯仰调整机构;另外,本发明利用第二直尺沿垂直于地面移动机器人中轴线方向放置,观察第二直尺在图像中的位置和清晰度,以调整横滚调整机构;与此同时,本发明利用机器人坐标定位器测量直尺的航向角,并根据地面移动机器人运动控制所采纳航向角调整地面移动机器人的航向角与直尺的航向角一致,以实现航向调整机构调整,其好处在于,消除了机器人本体加工精度和GPS天线在机器人本体上的安装误差影响,直接将拍摄目标航向角与地面移动机器人控制航向角对准。如此一来,便可有效地解决了地面移动机器人搭载相机的姿态调整和偏置距离标定问题;
(2)本发明采用直接测量机器人控制坐标系与相机拍摄图像坐标系转换参数,避免由机器人控制坐标系与物理结构不一致导致的姿态调整和偏置距离误差;
(3)本发明可确保地面移动机器人在实际应用中所拍摄图片航向角与机器人运动控制航向角一致,可准确换算实际拍摄图片的GPS坐标。本发明利用图像的GPS坐标和航向角,可实现图像根据GPS坐标和航向角的自动拼接,且可实现图像中检测目标的准确定位和定姿。
综上所述,本发明具有逻辑简单、调整准确可靠等优点,在地面移动机器人技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对保护范围的限定,对于本领域技术人员来说,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相关的附图。
图1为本发明的调整标定示意图。
图2为本发明的相机姿态调整机构的结构示意图。
图3为本发明的相机航向调整示意图。
图4为本发明的相机偏置距离标定示意图。
上述附图中,附图标记对应的部件名称如下:
1、地面移动机器人;2、相机姿态调整机构;3、相机成像模块;4、第一直尺;5、第二直尺;6、直角尺;7、机器人坐标定位器;21、航向调整机构;22、横滚调整机构;23、俯仰调整机构。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更为清楚,下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明,本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
实施例
如图1至图4所示,本实施例提供了一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,其采用机器人坐标定位器7、第一直尺4、第二直尺5和直角尺6进行标定;所述地面移动机器人1上固定有一相机姿态调整机构2;所述相机姿态调整机构2上设置有一相机成像模块3;所述相机姿态调整机构包括横滚调整机构22、俯仰调整机构23、航向调整机构21;所述相机成像模块垂直向下拍摄图像。需要说明的是,本实施例中所述的“第一”、“第二”等序号用语仅用于区分同类部件,不能理解成对保护范围的特定限定。另外,本实施例的地面移动机器人具有标准的控制坐标系中心GPS坐标和航向角输出功能,机器人坐标定位器件具有输出所在位置GPS坐标功能,并且相关软硬件技术为成熟技术,不再就累述。
在本实施例中,地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,包括以下步骤:
第一步,将地面移动机器人置于平整开阔平面地面上并处于静止状态,启动相机成像模块并拍摄图像;
第二步,将所述第一直尺沿地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,监控相机捕获图像,调整第一直尺的位置和姿态,直至第一直尺位于图像竖向中线上;
第三步,观测相机捕获图像中第一直尺各部位清晰程度,调整俯仰调整机构直至第一直尺各部位在图像中清晰程度一致,锁定俯仰调整机构。
第四步,将所述第二直尺沿垂直于地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,监控相机捕获图像,调整第二直尺的位置和姿态,直至第二直尺位于图像的横向中心线上。
第五步,观测相机捕获图像中第二直尺各部位清晰程度,调整横滚调整机构直至第二直尺各部位在图像中清晰程度一致,锁定横滚调整机构。
第六步,将第一直尺置于开阔平面地面上,并利用机器人坐标定位器测量求得第一直尺的航向角,将地面移动机器人置于第一直尺的标尺起始位置,调整地面移动机器人的航向角与第一直尺的航向角一致,并进行航向调整机构调整锁定;具体来说:
(1)将第一直尺置于开阔平面地面上,利用机器人坐标定位器依次采集第一直尺的刻度所在测的起始刻度的第一GPS坐标和第一直尺的另一端的任一刻度的第二GPS坐标;根据第一GPS坐标和第二GPS坐标求得第一直尺的航向角;
(2)将地面移动机器人移动至第一直尺的刻度所在测的起始刻度处,并利用地面移动机器人输出的航向角,调整地面移动机器人的姿态直至地面移动机器人输出的航向角与第一直尺的航向角一致。
(3)调整航向调整机构,直至图像中第一直尺与图像竖向中线的夹角为零,并锁定航向调整机构。
第七步,获取图像中横向中线与第一直尺交叉位置的第一刻度,并记为相机轴向偏置距离Dy;
第八步,将直角尺贴紧在第一直尺与第二直尺之间,并读取第二直尺上第一直尺与第二直尺交叉位置的第二刻度;获取图像中竖向中心与第二直尺交叉位置的第三刻度,求得第二刻度与第三刻度之间的差值,并记为相机垂直轴向偏置距离Dx;
第九步,地面移动机器人实际采集图像过程中,根据地面移动机器人输出的控制坐标系中心GPS坐标(x1,y1)和航向角α,并结合相机轴向偏置距离Dy和相机垂直轴向偏置距离Dx,求得图像中心GPS坐标(x2,y2),其表达式为:
本实施例通过直接测量机器人控制坐标系与相机拍摄图像坐标系转换参数,避免由机器人控制坐标系与物理结构不一致导致的姿态调整和偏置距离误差;与现有技术相比,具有突出的实质性特点和显著的进步,在移动机器人技术领域具有很高的实用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施例,并非对本发明保护范围的限制,但凡采用本发明的设计原理,以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化,均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,其特征在于,采用机器人坐标定位器、第一直尺、第二直尺和直角尺进行标定;所述地面移动机器人上固定有一相机姿态调整机构;所述相机姿态调整机构上设置有一相机成像模块;所述相机姿态调整机构包括横滚调整机构、俯仰调整机构、航向调整机构;所述相机成像模块垂直向下拍摄图像;
所述地面移动机器人搭载相机的调整和标定方法,包括以下步骤:
将地面移动机器人置于平整开阔平面地面上并处于静止状态,启动相机成像模块并拍摄图像;
将所述第一直尺沿地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第一直尺的位置和姿态,并进行俯仰调整机构调整锁定;
将所述第二直尺沿垂直于地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第二直尺的位置和姿态,并进行横滚调整机构调整锁定;
将第一直尺置于开阔平面地面上,并利用机器人坐标定位器测量求得第一直尺的航向角,将地面移动机器人置于第一直尺的标尺起始位置,调整地面移动机器人的航向角与第一直尺的航向角一致,并进行航向调整机构调整锁定;
获取图像中横向中线与第一直尺交叉位置的第一刻度,并记为相机轴向偏置距离;
将直角尺贴紧在第一直尺与第二直尺之间,并读取第二直尺上第一直尺与第二直尺交叉位置的第二刻度;获取图像中竖向中心与第二直尺交叉位置的第三刻度,求得第二刻度与第三刻度之间的差值,并记为相机垂直轴向偏置距离;
地面移动机器人实际采集图像过程中,根据地面移动机器人输出的控制坐标系中心GPS坐标和航向角,并结合相机轴向偏置距离和相机垂直轴向偏置距离,求得图像中心GPS坐标,其表达式为:
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所述俯仰调整机构调整锁定,包括以下步骤:
将所述第一直尺沿地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第一直尺的位置和姿态,直至第一直尺位于图像竖向中线上;
调整俯仰调整机构,直至图像中第一直尺的任一刻度位置清晰度一致,并锁定俯仰调整机构;
所述横滚调整机构调整锁定,包括以下步骤:
将所述第二直尺沿垂直于地面移动机器人中轴线方向放置在相机成像模块拍摄的图像视野中,调整第二直尺的位置和姿态,直至第二直尺位于图像的横向中心线上;
调整横滚调整机构,直至图像中第二直尺的任一刻度位置清晰度一致,并锁定横滚调整机构;
所述航向调整机构调整锁定,包括以下步骤:
将第一直尺置于开阔平面地面上,利用机器人坐标定位器依次采集第一直尺的刻度所在测的起始刻度的第一GPS坐标和第一直尺的另一端的任一刻度的第二GPS坐标;根据第一GPS坐标和第二GPS坐标求得第一直尺的航向角;
将地面移动机器人移动至第一直尺的刻度所在测的起始刻度处,并利用地面移动机器人输出的航向角,调整地面移动机器人的姿态直至地面移动机器人输出的航向角与第一直尺的航向角一致;
调整航向调整机构,直至图像中第一直尺与图像竖向中线的夹角为零,并锁定航向调整机构。
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