CN112229331A - 基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，该方法利用Hough变换检测出矩形物体的直线边缘，并输出Hough变换后的直线的角度，通过比较物体无偏转角度时的原始角度值与物体有一定偏转角度时的角度输出值，得出两者角度差值，从而确定物体的偏转角度；根据数学方法计算出视野中矩形物体的顶点坐标，将此坐标与物体无偏移时的原始顶点坐标值比较，通过三角函数计算出物体的偏移距离值。本发明利用单目视觉与Hough变换结合的方法测量物体的旋转角度与平移距离，可用于仓储系统中输送箱的摆放情况；测量方法无需复杂的运算，耗时少，自动化程度高，操作简单。

Description

基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法
技术领域
本发明属于仓储物体位姿检测领域，具体涉及一种基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法。
背景技术
随着电子商务的发展，对物品的入库、储存、管理、出库监管提出了新的要求，如何高效准确地运送仓库中的物品是仓储管理系统能够快速运作的关键。在仓储物流系统中，货物通常会装在输送箱中，通常情况下输送箱都会整齐地存放在货架的指定位置之上，但由于机器失误等原因有时会导致输送箱偏离指定位置或摆放角度存在一定歪斜的情况出现。上述情况都会给仓库的管理、统计带来困难，影响仓库的正常运转。现有的测量物体旋转角度及位移的方法有激光法，人工测量法等，以及利用视觉测量的传统方法，这些方法存在算法复杂，人工依赖程度高等问题。
为解决上述问题，仓库就要根据仓库实际情况，利用已知的特征来判断输送箱的摆放情况。针对仓库的具体安装、照明等情况，急需一种可使用性强，算法快速简便的角度与距离检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，以解决仓储系统中物体摆放位置歪斜和错位的检测方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，步骤如下：
步骤1、调节相机视野，确保视野中能看到待检测矩形物体组成一个顶点的三条边及这三条边所组成的顶点；
步骤2、标定距离系数K：用一个比例与镜头成像的比例相同的纸板，调整纸板与镜头之间的距离，使得纸板刚刚充满整个画面，记录下纸板与镜头之间的距离L，纸板的高度H，设镜头主轴与纸板上边界之间的夹角为α，L′为摄像头里纸板与镜头之间的距离，H′为摄像头里纸板的高度；在检测到的三条边中指定一条旋转角度最小的为初始直线，初始直线的初始角度为θ0，上述三条边组成的初始顶点坐标为(x0，y0)，则
tan(α)＝H/(2＊L)＝H′/(2＊L′)
L′＝(H′＊L)/H
K＝R*H′*L
步骤3、通过Hough变换检测直线；记录指定直线n次输出角度θ1，θ2......θn；取平均值，最后指定直线的角度θi为：
θi＝(θ1+θ2+......+θn)/n
则θ0与θi的差值即为物体的旋转角度；
步骤4、选取与指定直线成30°-90°的直线，计算两条直线的交点，视野中两直线的顶点坐标分别为(line1.x1，line1.y1)，(line1.x2，line1.y2)，(line2.x1，line2.y1)，(line2.x2，line2.y2)，计算交点坐标(xi，yi)；
步骤5、根据距离系数K计算平移距离Δx与Δy。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本发明利用了现有环境的特征条件，耗时少，检测装置依赖度低；(2)本发明在实际应用中不需要繁琐的后续图像处理，不要求检测人员具备图像处理基础，在仓储物流方面都有积极的作用和广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明基于基单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法流程图。
图2是原始角度与实际角度的角度差测量示意图。
图3是利用检测到的两条直线计算出需要用到的交点的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，具体步骤如下：
步骤1、调节好相机的视野，确保视野中能看到检测矩形物体能组成一个顶点的三条边及这三条边所组成的顶点。然后标定距离系数K：用一个比例与镜头成像的比例相同为4∶3纸板，然后调整纸板与镜头之间的距离，使得纸板刚刚充满整个画面，记录下纸板与镜头之间的距离L，纸板的高度H，设镜头主轴与纸板上边界之间的夹角为α，L′为摄像头里纸板与镜头之间的距离，H′为摄像头里纸板的高度。在检测到的到的三条边中指定一条旋转角度最小的为初始直线，初始直线的初始角度为θ0，上述三条边组成的初始顶点坐标为(x0，y0)，则
tan(α)＝H/(2*L)＝H′/(2*L′)
L′＝(H′*L)/H
K＝R*H′*L (1)
步骤2、如图2所示，通过Hough变换检测直线。记录指定直线n次输出角度θ1，θ2......θn。取平均值，最后指定直线的角度θi为：
θi＝(θ1+θ2+......+θn)/n (2)
则θ0与θi的差值即为物体的旋转角度。
步骤3、选取与指定直线成30°-90°的直线，计算两条直线的交点，视野中两直线的顶点坐标分别为(line1.x1，line1.y1)，(line1.x2，line1.y2)，(line2.x1，line2.y1)，(line2.x2，line2.y2)，则临时变量a1，b1，c1，a2，b2，c2，交点坐标(xi，yi)：
a1＝line1.y2-line1.y1
b1＝line1.x1-line1.x2
c1＝line1.x2*line1.y1-line1.x1*line1.y2
a2＝line2.y2-line2.y1
b2＝line2.x1-line2.x2
c2＝line2.x2*line2.y1-line2.x1*line2.y2 (3)
xi＝((b1*c2-b2*c1)/(a1*b2-a2*b1))
yi＝((c1*a2-c2*a1)/(a1*b2-a2*b1)) (4)
如图3所示，两条直线的交点即为所求点。
步骤4、计算出平移距离Δx与Δy：
Δx＝(xi-x0)*K
Δy＝(yi-y0)*K (5)
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、调节相机视野，确保视野中能看到待检测矩形物体组成一个顶点的三条边及这三条边所组成的顶点；
步骤2、标定距离系数K：用一个比例与镜头成像的比例相同的纸板，调整纸板与镜头之间的距离，使得纸板刚刚充满整个画面，记录下纸板与镜头之间的距离L，纸板的高度H，设镜头主轴与纸板上边界之间的夹角为α，L′为摄像头里纸板与镜头之间的距离，H′为摄像头里纸板的高度；在检测到的三条边中指定一条旋转角度最小的为初始直线，初始直线的初始角度为θ0，上述三条边组成的初始顶点坐标为(x0,y0)，则
tan(α)＝H/(2＊L)＝H′/(2＊L′)
L′＝(H′＊L)/H
K＝R*H′*L
步骤3、通过Hough变换检测直线；记录指定直线n次输出角度θ1,θ2……θn；取平均值，最后指定直线的角度θi为：
θi＝(θ1+θ2+……+θn)/n
则θ0与θi的差值即为物体的旋转角度；
步骤4、选取与指定直线成30°-90°的直线，计算两条直线的交点，视野中两直线的顶点坐标分别为(line1.x1，line1.y1),(line1.x2，line1.y2),(line2.x1，line2.y1),(line2.x2，line2.y2)，计算交点坐标(xi,yi)；
步骤5、根据距离系数K计算平移距离Δx与Δy。
2.根据权利要求1所述的基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，其特征在于，纸板比例与镜头成像的比例均为4:3。
3.根据权利要求1所述的基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，其特征在于，步骤4中，计算临时变量a1，b1，c1，a2，b2，c2，则交点坐标(xi,yi)为：
a1＝line1.y2-line1.y1
b1＝line1.x1-line1.x2
c1＝line1.x2*line1.y1-line1.x1*line1.y2
a2＝line2.y2-line2.y1
b2＝line2.x1-line2.x2
c2＝line2.x2*line2.y1-line2.x1*line2.y2
xi＝((b1*c2-b2*c1)/(a1*b2-a2*b1))
yi＝((c1*a2-c2*a1)/(a1*b2-a2*b1))。
4.根据权利要求1或3所述的基于单目视觉的物体旋转角度与平移距离的测量方法，其特征在于，步骤5中，Δx＝(xi-x0)*K，Δy＝(yi-y0)*K。
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