專利名稱：一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
基于視覺定位是近些年來剛剛興起的定位方法之一。主要被應(yīng)用于非接觸式室內(nèi)空間目標(biāo)點(diǎn)的高精度定位與觀察目標(biāo)的姿態(tài)測(cè)量。相關(guān)的案例有面部表情的采集，人體姿態(tài)的采集以及各類機(jī)器人的姿態(tài)估計(jì)等。目前，基于多相機(jī)空間質(zhì)點(diǎn)定位的實(shí)用系統(tǒng)不多?，F(xiàn)有的系統(tǒng)主要是雙相機(jī)定位系統(tǒng)，用于深度圖的測(cè)量，并不具有紅外圖像的捕捉功能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到現(xiàn)有視覺定位方法不能捕捉紅外圖像等不足，本發(fā)明提出了一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)，用于對(duì)物體進(jìn)行定位，其特征是該系統(tǒng)包括紅外相機(jī)、紅外射燈、紅外反光標(biāo)志點(diǎn)、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)；所述紅外相機(jī)分別與同步脈沖信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)連接；紅外反光標(biāo)志點(diǎn)置于所要定位的物體上；紅外射燈對(duì)準(zhǔn)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)；所述紅外射燈用于對(duì)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行照射；所述紅外相機(jī)用于接收紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的反射光；所述同步脈沖信號(hào)發(fā)生器用于對(duì)紅外相機(jī)發(fā)送同步脈沖信號(hào)；所述計(jì)算機(jī)對(duì)紅外相機(jī)采集的信號(hào)進(jìn)行處理。所述紅外相機(jī)包括外觸發(fā)電路、廣角鏡頭和高速紅外工業(yè)相機(jī)。 所述紅外射燈為L(zhǎng)ED廣角紅外射燈。所述紅外相機(jī)和同步脈沖信號(hào)發(fā)生器用同步觸發(fā)線連接。一種定位方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟I :將所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)放置在所要定位的物體上；步驟2 :所述紅外射燈對(duì)所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行照射；步驟3 :所述紅外相機(jī)接收所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的反射光，并計(jì)算出紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)；所述同步脈沖信號(hào)發(fā)生器控制所述紅外相機(jī)同時(shí)將紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)；步驟4 :所述計(jì)算機(jī)根據(jù)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)得到紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)。所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)得到紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)的公式為minZl^ _/7Α"|Γ其中
Xi是第i個(gè)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)；Pj是第j個(gè)相機(jī)的透視投影矩陣；<是第i個(gè)紅外發(fā)光標(biāo)志點(diǎn)在第j個(gè)相機(jī)中的二維坐標(biāo)。本發(fā)明能夠捕捉紅外圖像，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受普通光線影響，圖像上的關(guān)鍵信息不會(huì)淹沒在噪聲之中，易于提取，提高了系統(tǒng)的魯棒性。同時(shí)采用廣角鏡頭，擴(kuò)大了觀察范圍。這樣使得定位的范圍廣、同時(shí)保證定位精度高。


圖I是質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是標(biāo)志點(diǎn)在四臺(tái)高速紅外工業(yè)相機(jī)中的成像位置示意；圖3是計(jì)算機(jī)的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明的目的在于提供一種適合室內(nèi)使用的基于紅外質(zhì)點(diǎn)識(shí)別技術(shù)的大范圍高精度定位系統(tǒng)，并通過把反光點(diǎn)放置在觀察目標(biāo)上，可以準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地得到目標(biāo)的位置量、運(yùn)動(dòng)速度、加速度等信息。本發(fā)明包括紅外相機(jī)、紅外射燈、紅外反光標(biāo)志點(diǎn)、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)。紅外相機(jī)、紅外射燈、紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)量視具體情況而定。本發(fā)明通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)步驟I :將紅外反光標(biāo)志點(diǎn)放置在所要定位的物體上；步驟2 :紅外射燈對(duì)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行照射；步驟3 :紅外相機(jī)接收紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的反射光，并計(jì)算出紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)；同步脈沖信號(hào)發(fā)生器控制紅外相機(jī)同時(shí)將紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)發(fā)送給計(jì)算機(jī)。為了減少傳輸圖像時(shí)對(duì)帶寬的占用，高速工業(yè)紅外相機(jī)具備處理圖像的功能。高速工業(yè)紅外相機(jī)對(duì)當(dāng)前的圖像進(jìn)行噪聲濾除以突出其中紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的特征，然后統(tǒng)計(jì)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的輪廓，由輪廓來估算紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的重心坐標(biāo)，并將圖像中的紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)傳輸給計(jì)算機(jī)。步驟4 :計(jì)算機(jī)根據(jù)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)得到紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的
三維坐標(biāo)。聯(lián)合同一標(biāo)志點(diǎn)在不同相機(jī)中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)求解標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，求解過程是將每個(gè)相機(jī)的投影矩陣、標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)和紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的在不同相機(jī)中的二維坐標(biāo)這三個(gè)部分建立一個(gè)約束關(guān)系，使得紅外標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)通過投影矩陣映射到不同相機(jī)坐標(biāo)平面后的坐標(biāo)與相機(jī)成像點(diǎn)的坐標(biāo)距離平方和最小，其中一種表示形式如下式所示
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)，用于對(duì)物體進(jìn)行定位，其特征是該系統(tǒng)包括紅外相機(jī)、紅外射燈、紅外反光標(biāo)志點(diǎn)、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)； 所述紅外相機(jī)分別與同步脈沖信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)連接；紅外反光標(biāo)志點(diǎn)置于所要定位的物體上；紅外射燈對(duì)準(zhǔn)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)； 所述紅外射燈用于對(duì)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行照射； 所述紅外相機(jī)用于接收紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的反射光； 所述同步脈沖信號(hào)發(fā)生器用于對(duì)紅外相機(jī)發(fā)送同步脈沖信號(hào)； 所述計(jì)算機(jī)對(duì)紅外相機(jī)采集的信號(hào)進(jìn)行處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng),其特征是所述紅外相機(jī)包括外觸發(fā)電路、廣角鏡頭和高速紅外工業(yè)相機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng),其特征是所述紅外射燈為L(zhǎng)ED廣角紅外射燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)，其特征是所述紅外相機(jī)和同步脈沖信號(hào)發(fā)生器用同步觸發(fā)線連接。
5.一種利用權(quán)利要求I所述系統(tǒng)的定位方法，其特征是該方法包括以下步驟 步驟I :將所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)放置在所要定位的物體上； 步驟2 :所述紅外射燈對(duì)所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行照射； 步驟3 :所述紅外相機(jī)接收所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的反射光，并計(jì)算出紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)；所述同步脈沖信號(hào)發(fā)生器控制所述紅外相機(jī)同時(shí)將紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)； 步驟4 :所述計(jì)算機(jī)根據(jù)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)得到紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種定位方法，其特征是所述紅外反光標(biāo)志點(diǎn)圖像的二維重心坐標(biāo)得到紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)的公式為 hj 其中 X1是第i個(gè)紅外反光標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)； Pj是第j個(gè)相機(jī)的透視投影矩陣； ^是第i個(gè)紅外發(fā)光標(biāo)志點(diǎn)在第j個(gè)相機(jī)中的二維坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了定位技術(shù)領(lǐng)域中的一種質(zhì)點(diǎn)定位系統(tǒng)及方法。本發(fā)明系統(tǒng)包括紅外相機(jī)、紅外射燈、紅外反光標(biāo)志點(diǎn)、同步脈沖信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不受普通光線影響，圖像上的關(guān)鍵信息不會(huì)淹沒在噪聲之中，易于提取，提高了系統(tǒng)的魯棒性；同時(shí)采用廣角鏡頭，擴(kuò)大了觀察范圍。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102840825SQ20121029894
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者柳長(zhǎng)安, 王碩, 吳華, 楊國(guó)田, 劉春陽(yáng) 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)