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专利号: 2020108803795
申请人: 河海大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种贴纸式的物体空间定位系统,其特征在于:包括数字图像处理模块、目标位姿变化识别模块、坐标系维度转换模块;

其中,数字图像处理模块,用于利用OpenCV的findContours函数来获取连通域的外轮廓点的集合,采用Canny边缘检测算法从图像中提取各个色块,并依据色块大小的同一性,用范围排除法对图像色块进行去除噪声,清理外点,从而得以较为准确的提取出图像中的每个色块;

目标位姿变化识别模块,用于通过数字处理模块中所提取的色块确定目标位置及朝向,并根据上下帧时间差及目标在相应时间内的位移,计算瞬时速度、加速度、角速度的数据信息;

坐标系维度转换模块,用于通过标定棋盘格并通过矩阵变换求解得到内参、畸变参数、外参参数,从而通过矩阵变换将二维坐标系转换至三维坐标系,并最终得到在三维坐标系下,目标的朝向、运行轨迹、位置、瞬时速度、加速度、角速度情况;

具体包含如下步骤;

步骤1,数字图像处理:利用OpenCV的findContours函数来获取连通域的外轮廓点的集合,采用Canny边缘检测算法从图像中提取各个色块,并依据色块大小的同一性,用范围排除法对图像色块进行去除噪声,清理外点,从而得以较为准确的提取出图像中的每个色块;

步骤2,目标位姿变化识别与识别:在目标对应的色块聚类内,检索两点间距离最大的两点,作两点的中垂线,两点间距离最大的两点为对应色块贴纸底边两个黑色色块,则得到目标朝向;将两黑点的中点作为目标定位点,根据上下连续帧的图像计算得到目标的运行轨迹、位置、瞬时速度、加速度、角速度的数据信息;

步骤3,坐标系转换:具体如下:

步骤3.1,将图像的二维坐标系转换为三维坐标系;

步骤3.2,对图像中包括棋盘格角点在内的特征点进行检测,得到棋盘格角点的像素坐标值,根据已知的棋盘格大小和世界坐标系原点,计算得到标定板角点的物理坐标值;根据物理坐标值和像素坐标值的关系,求解相机内参矩阵,最后求解每张图片对应的相机外参矩阵,计算畸变参数,并利用L‑M算法对内参、外参和畸变参数进行优化,其中L‑M具体为Levenberg‑Marquardt;

通过从图像坐标系中的点坐标乘以内参、畸变参数、外参之后,得到世界坐标系下点的

2维位置;具体计算公式如下:

‑1 ‑1

其中,左项为世界坐标系中的物体坐标,zc为相机到平面的距离,T 为外参矩阵,K 为内参矩阵与畸变矩阵的乘积,最右项为图像坐标,通过计算将目标坐标系转换至三维坐标系;在三维坐标系下,根据上下两帧的时间差以及目标在相应时间内所移动的位移,根据公式 得到在三维坐标系下,各个目标的朝向、运行轨迹、位置、瞬时速度、加速度、角速度信息。