本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位的紅外路標(biāo)。

背景技術(shù)：

室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人對(duì)定位精度要求比較高，通常為厘米級(jí)。無(wú)線定位對(duì)設(shè)備的布置具有嚴(yán)格的要求，并且因?yàn)槭覂?nèi)建筑和家具等造成多路徑干涉，導(dǎo)致精度難以滿足要求。根據(jù)室內(nèi)環(huán)境的特殊性和室內(nèi)定位要求的多樣性，目前研究者已經(jīng)開發(fā)了多種不同的用于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航的定位方法，主要包括無(wú)線定位、激光SLAM、視覺(jué)SLAM和路標(biāo)定位。激光SLAM技術(shù)采用激光設(shè)備，價(jià)格不菲，并且激光SLAM技術(shù)抗干擾能力弱，在環(huán)境變動(dòng)幅度較大或環(huán)境頻繁變動(dòng)時(shí)，無(wú)法勝任定位任務(wù)。視覺(jué)SLAM方法的缺點(diǎn)是可靠性較低，場(chǎng)景頻繁改變或者環(huán)境的視覺(jué)特征過(guò)于簡(jiǎn)單都會(huì)造成視覺(jué)SLAM方法定位任務(wù)失敗。

路標(biāo)定位方法一般分為自然路標(biāo)和人工路標(biāo)兩種模式。自然路標(biāo)定位計(jì)算復(fù)雜，魯棒性不強(qiáng)，實(shí)用性差。人工路標(biāo)定位包括RFID標(biāo)簽、磁條、帶有編碼或文字信息的可視化標(biāo)簽等，其中RFID標(biāo)簽和磁條類的路標(biāo)要求工作距離較近，并且機(jī)器人只能沿著固定鋪設(shè)好的路線移動(dòng)，靈活性較差?？梢暬瘶?biāo)簽通常利用攝像機(jī)采集圖像，并檢測(cè)圖像中存在的可視化標(biāo)簽，利用標(biāo)簽特征對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定位，這種方法的特點(diǎn)是成本低、精度高、靈活性強(qiáng)?？梢暬瘶?biāo)簽的使用又分為自然光環(huán)境下和紅外光環(huán)境下兩種情況，自然光環(huán)境下容易受到環(huán)境光亮度的影響，使得室內(nèi)定位的可靠性較低。而紅外光下的可視化標(biāo)簽通常采用紅外發(fā)光或紅外反光材料路標(biāo)，通過(guò)在紅外攝像機(jī)的鏡頭前增加紅外帶通濾光片，使得紅外攝像機(jī)僅捕捉環(huán)境中特定波長(zhǎng)的路標(biāo)。這種方式的應(yīng)用可以有效降低可見(jiàn)光對(duì)定位結(jié)果的影響，無(wú)論室內(nèi)是否有照明均可以工作。

近幾年出現(xiàn)了幾種類似的紅外路標(biāo)定位方法，如Stargazer方法，該方法提取路標(biāo)中構(gòu)成直角坐標(biāo)系的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為確定機(jī)器人位置的依據(jù)，并在假設(shè)攝像機(jī)光軸與路標(biāo)平面垂直的前提下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的定位。而實(shí)際定位過(guò)程中由于加減速慣性力作用、安裝夾角等問(wèn)題，難免會(huì)出現(xiàn)攝像機(jī)光軸與路標(biāo)平面不垂直情況，這種情況下采用兩軸傾斜儀來(lái)輔助提高定位精度，但是當(dāng)出現(xiàn)路標(biāo)所在平面與重力方向不垂直時(shí)，這種輔助方法將會(huì)失效，影響定位效果。另外，采用三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)，未能完整包圍整個(gè)標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，導(dǎo)致身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)誤識(shí)別現(xiàn)象。目前也出現(xiàn)了采用四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為定位依據(jù)，但是這四個(gè)點(diǎn)也未能完整包圍整個(gè)標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，也存在標(biāo)記點(diǎn)誤識(shí)別現(xiàn)象。并且由于兩個(gè)大的標(biāo)記點(diǎn)相距較近，在紅外攝像機(jī)下容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致兩個(gè)標(biāo)記點(diǎn)成像連成一片，增加了后續(xù)圖像處理算法的難度。為解決這個(gè)問(wèn)題只能增加路標(biāo)的尺寸，這樣又會(huì)導(dǎo)致路標(biāo)尺寸過(guò)大，對(duì)環(huán)境的人為影響也更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的快速、穩(wěn)定、精確的定位的用于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位的紅外路標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：一種用于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位的紅外路標(biāo)，該紅外路標(biāo)由位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)和身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)組成，所述位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)是由所有標(biāo)記點(diǎn)的最小外包四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)位置上的標(biāo)記點(diǎn)組成，且在組成位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)的四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)中，其中一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的尺寸大于其他三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的尺寸；所述身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)是由除位置標(biāo)記點(diǎn)之外的其他標(biāo)記點(diǎn)組成；所述最小外包四邊形是指包含所有標(biāo)記點(diǎn)的四邊形中面積最小的四邊形。

所述位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)和身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)均采用紅外LED發(fā)光燈，或者均采用在表面涂有逆反射材料的標(biāo)簽片。

所述紅外路標(biāo)為正方形，位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)和身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)的每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的中心點(diǎn)位于3×3或4×4的等距網(wǎng)格點(diǎn)位置。

所述紅外路標(biāo)貼在天花板上，配有紅外光源的攝像機(jī)豎直向上固定于在地面上移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人的頂部，攝像機(jī)和紅外路標(biāo)相對(duì)垂直布置，所述攝像機(jī)的拍攝視野中存在一個(gè)或多個(gè)紅外路標(biāo)。

所述紅外路標(biāo)貼于在地面上移動(dòng)機(jī)器人的頂部，配有紅外光源的攝像機(jī)豎直向下固定在天花板上，攝像機(jī)和紅外路標(biāo)相對(duì)垂直布置，所述攝像機(jī)的拍攝視野中存在一個(gè)或多個(gè)紅外路標(biāo)。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型采用紅外路標(biāo)作為視覺(jué)定位的依據(jù)，有效降低環(huán)境中可見(jiàn)光照明的影響，提高圖像處理算法的效率，增加視覺(jué)定位的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型采用四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)作為位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)，這四個(gè)點(diǎn)構(gòu)成紅外路標(biāo)所有標(biāo)記點(diǎn)的最小外包四邊形，即所有標(biāo)記點(diǎn)均處于由這四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)組成的四邊形的內(nèi)部，根據(jù)這四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的構(gòu)成條件，再檢測(cè)內(nèi)部的身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)，有效提高識(shí)別的穩(wěn)定性，降低誤識(shí)別率。根據(jù)這四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的構(gòu)成條件，再檢測(cè)內(nèi)部的身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)，有效提高路標(biāo)識(shí)別的穩(wěn)定性，降低誤識(shí)別率。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型中紅外路標(biāo)的示意圖；

圖2、3均為本實(shí)用新型中兩種典型的紅外路標(biāo)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型中紅外路標(biāo)貼在天花板上，攝像機(jī)安裝在機(jī)器人上的工作示意圖；

圖5為本實(shí)用新型中紅外路標(biāo)貼在機(jī)器人上，攝像機(jī)安裝在天花板上的工作示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種用于室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人定位的紅外路標(biāo)，該紅外路標(biāo)由位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1和身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)2組成，所述位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1是由所有標(biāo)記點(diǎn)的最小外包四邊形的四個(gè)頂點(diǎn)位置上的標(biāo)記點(diǎn)組成，且在組成位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1的四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)中，其中一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)O的尺寸大于其他三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)A、B、C的尺寸；所述身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)2是由除位置標(biāo)記點(diǎn)之外的其他標(biāo)記點(diǎn)組成。所述位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1和身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)2均采用紅外LED發(fā)光燈，或者均采用在表面涂有逆反射材料的標(biāo)簽片；所述最小外包四邊形是指包含所有標(biāo)記點(diǎn)的四邊形中面積最小的四邊形。

如圖2所示，所述紅外路標(biāo)為正方形，位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1和身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)2的每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的中心點(diǎn)位于3×3的等距網(wǎng)格點(diǎn)位置。以3×3模式為例，該路標(biāo)由九個(gè)標(biāo)記點(diǎn)組成，每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的中心點(diǎn)位于3×3等距網(wǎng)格點(diǎn)位置，其中四個(gè)矩形頂點(diǎn)位置的標(biāo)記點(diǎn)構(gòu)成了位置識(shí)別標(biāo)簽，這四個(gè)標(biāo)記點(diǎn)中的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)尺寸相同，另一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)尺寸要略大。每個(gè)紅外路標(biāo)都必須包括四個(gè)位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1，而其它網(wǎng)格位置的標(biāo)記點(diǎn)作為身份識(shí)別標(biāo)簽，根據(jù)是否存在作為相互區(qū)別的依據(jù)。3×3模式路標(biāo)共有9個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，去除4個(gè)位置固定的位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1，還剩下5個(gè)身份識(shí)別標(biāo)簽，因此共有2^5=32種標(biāo)簽組合，同理，4×4模式標(biāo)簽則可以有2^（16-4）=4096種標(biāo)簽組合。如圖3所示，所述紅外路標(biāo)為正方形，位置識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)1和身份識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)2的每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的中心點(diǎn)位于4×4的等距網(wǎng)格點(diǎn)位置。

如圖4所示，所述紅外路標(biāo)貼在天花板上，配有紅外光源的攝像機(jī)4豎直向上固定于在地面上移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)器人3的頂部，攝像機(jī)4和紅外路標(biāo)相對(duì)垂直布置，所述攝像機(jī)4的拍攝視野中存在一個(gè)或多個(gè)紅外路標(biāo)M1,M2,M3。如圖5所示，所述紅外路標(biāo)貼于在地面上移動(dòng)機(jī)器人3的頂部，配有紅外光源的攝像機(jī)4豎直向下固定在天花板上，攝像機(jī)4和紅外路標(biāo)相對(duì)垂直布置，所述攝像機(jī)4的拍攝視野中存在一個(gè)或多個(gè)紅外路標(biāo)M4,M5,M6。通過(guò)紅外攝像機(jī)4采集場(chǎng)景中的圖像，可以有效去除可見(jiàn)光的干擾，突出紅外路標(biāo)的成像效果，增加定位的穩(wěn)定性。

紅外路標(biāo)可以是一個(gè)或多個(gè)，紅外路標(biāo)的數(shù)量和布局需要根據(jù)機(jī)器人3的移動(dòng)范圍以及攝像機(jī)4的視野大小和攝像機(jī)4離天花板的高度綜合考慮，以機(jī)器人3在可移動(dòng)范圍內(nèi)不存在視野盲區(qū)為原則。紅外光源一般采用近紅外光，如850nm波長(zhǎng)發(fā)光二極管，為降低環(huán)境可見(jiàn)光的干擾，通常在攝像機(jī)4鏡頭前安裝相應(yīng)波段的窄帶濾光片，從而使得攝像機(jī)4基本上僅對(duì)紅外路標(biāo)成像，排除其他可見(jiàn)光反射的干擾像素，降低圖像處理算法的復(fù)雜度。為增加攝像機(jī)4的觀察視野，通常采用廣角鏡頭，如2.2mm或2.5mm的廣角鏡頭。另外，如果采用紅外反光材料構(gòu)成的路標(biāo)，還需要增加紅外二極管發(fā)射角度，使得在紅外二極管發(fā)射角度基本與廣角鏡頭的視角相符合，才能確保攝像機(jī)4可以有效地采集視野內(nèi)任何地方的紅外路標(biāo)。

綜上所述，本實(shí)用新型提供用于確定機(jī)器人3位置信息的紅外路標(biāo)，通過(guò)紅外攝像機(jī)4可以拍攝路標(biāo)圖像，并能利用圖像處理算法計(jì)算機(jī)器人3的位置信息，紅外路標(biāo)在室內(nèi)環(huán)境有無(wú)照明的條件下均可以穩(wěn)定使用。