本發(fā)明涉及機(jī)器視覺，尤其涉及一種基于視覺識別的車輛充電口定位方法。

背景技術(shù)：

1、隨著電動車輛應(yīng)用的普及與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)在的智能工廠以及石油化工企業(yè)廠區(qū)內(nèi)部對電動運(yùn)輸車輛的管理越來越規(guī)范化，電動車輛的充電應(yīng)用場景在很多領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)充電自由。目前的車輛充電口定位通常是通過圖像采集設(shè)備獲取圖像，并根據(jù)圖像與目標(biāo)充電口的重要特征的匹配情況，確定充電口的所處位置。但是，上述方法對于視覺定位、圖像處理存在定位坐標(biāo)準(zhǔn)確度不高，很容易被外界光線干擾，導(dǎo)致識別容易出現(xiàn)偏差，最終導(dǎo)致識別出的充電口位置誤差較大，有時會出現(xiàn)無法識別出的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種基于視覺識別的車輛充電口定位方法。通過設(shè)計新的算法，能準(zhǔn)確計算出充電口的坐標(biāo)位置，便于充電槍準(zhǔn)確插入充電，自動化程度高，適應(yīng)性強(qiáng)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，該方法包括：

4、視覺系統(tǒng)包括激光發(fā)射器與攝像頭，激光發(fā)射器發(fā)射激光對準(zhǔn)車輛充電口，視覺系統(tǒng)拍攝充電口，并通過圖像智能分析生成點(diǎn)云圖，計算得到車輛充電口準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)信息：

5、s1：掃描采集生成點(diǎn)云圖；

6、s2：圖像預(yù)處理生成模型：利用獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過噪聲點(diǎn)處理后進(jìn)行柵格化，生成數(shù)字表面模型，通過構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)模型進(jìn)行柵格化，得到數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，或者轉(zhuǎn)換為等高線數(shù)據(jù)；

7、s3：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：依次進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，像素坐標(biāo)—圖像坐標(biāo)—攝像頭坐標(biāo)—機(jī)械臂坐標(biāo)，確定充電口位置。

8、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，視覺系統(tǒng)是指包括有激光發(fā)射器與攝像頭，激光發(fā)射器與攝像頭在同一水平線稱為基準(zhǔn)線上，其距離為s，攝像頭焦距為f，激光發(fā)射器與充電口的連線與基準(zhǔn)線的夾角為β。

9、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，所述的掃描采集生成點(diǎn)云圖：

10、假設(shè)充電口在激光的照器射下，反射回攝像頭成像平面的位置為點(diǎn)p，激光發(fā)射器、攝像頭與充電口組成的三角形，相似于攝像頭、成像點(diǎn)p與輔助點(diǎn)n三角形；輔助點(diǎn)n為與激光發(fā)射器與充電口連線的平行線在成像平面的交點(diǎn)，p與輔助點(diǎn)n距離設(shè)pn＝x，q為充電口與激光發(fā)射器、攝像頭連線的垂直距離，d為充電口與激光發(fā)射器的距離，則由相似三角形可得：f/x＝q/s，q＝fs/x；x分為兩部分計算：x＝x1+x2＝f/tanβ+pixelsize×position其中pixelsize是像素單位大小，position是成像的像素坐標(biāo)相對于成像中心的位置；最后可求得距離d:

11、d＝q/sinβ，點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含(x,y,z)坐標(biāo)信息，所有的坐標(biāo)信息組合成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，得到充電口3d點(diǎn)云圖。

12、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，所述的圖像預(yù)處理生成模型：利用獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過噪聲點(diǎn)處理后進(jìn)行柵格化，生成數(shù)字表面模型；同時，通過對點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動化預(yù)處理，再利用人工編輯進(jìn)行地面濾波，濾除其中的非地面點(diǎn)，剩余的地面點(diǎn)通過構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)模型進(jìn)行柵格化，得到數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，或者轉(zhuǎn)換為等高線數(shù)據(jù)。

13、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：

14、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換按步驟依次為：

15、像素坐標(biāo)系—圖像坐標(biāo)系—攝像頭坐標(biāo)系—機(jī)械臂坐標(biāo)系

16、涉及到以下四個坐標(biāo)系：

17、uv:像素坐標(biāo)系，單位pixelo-xy:圖像坐標(biāo)系，基于攝像頭中感光元器件的現(xiàn)實(shí)平面空間，原點(diǎn)為成像平面中點(diǎn)，單位mm

18、oc-xcyczc:攝像頭坐標(biāo)系，光心為原點(diǎn)，單位mm

19、or-xryrzr:機(jī)器人坐標(biāo)系，描述機(jī)械臂移動的位置，單位mmp1:攝像頭坐標(biāo)系上的一點(diǎn)，表示識別充電口在機(jī)械臂三維空間中的位置

20、p:點(diǎn)p圖像坐標(biāo)系上的一點(diǎn)，在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x,y),在像素坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(u,v)。

21、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為圖像坐標(biāo)系：o-uv是像素坐標(biāo)系，o-xy是圖像坐標(biāo)系，要完成從pixel量綱到mm量綱的轉(zhuǎn)換，需要知道xy方向的像素尺寸dx和dy，單位mm，表示一個像素點(diǎn)的在傳感器上的實(shí)際尺寸大小，設(shè)圖像分辨率為1280x960，傳感器尺寸為32mmx24mm，轉(zhuǎn)換關(guān)系

22、dx＝32mm/1280

23、dy＝24mm/960

24、x＝(u-640)dx＝udx-640dx＝udx-u0dx

25、y＝(v-480)dy＝vdy-480dy＝vdy-v0dy

26、其中，u0和v0為像素坐標(biāo)系到圖像坐標(biāo)系的平移分量。

27、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為攝像頭坐標(biāo)系：點(diǎn)p是圖像坐標(biāo)系上的一點(diǎn)，p1是攝像頭坐標(biāo)系上的一點(diǎn)，f是攝像頭焦距，o到oc也就是傳感器到光心的距離，由相似三角形計算：

28、

29、轉(zhuǎn)換關(guān)系：

30、

31、

32、zc表示攝像頭距離充電口的距離，通過3d攝像頭直接獲取，因此轉(zhuǎn)換為二維平面上的坐標(biāo)計算。

33、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，攝像頭坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機(jī)器人坐標(biāo)系：or-xryrzr是機(jī)器人坐標(biāo)系，oc-xcyczc是攝像頭坐標(biāo)系，p1點(diǎn)在攝像頭坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：(xc，yc，zc)，和x軸夾角為a，到原點(diǎn)的距離為r，假定機(jī)器人坐標(biāo)系和攝像頭坐標(biāo)系z軸重合，機(jī)器人坐標(biāo)系圍繞著z軸旋轉(zhuǎn)一定的角度yaw，p點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下(xr，yr，zr)的坐標(biāo)計算：

34、xr＝r*cos(a+yaw)＝r*cosa*cos(yaw)-r*sina*sn(yaw)

35、yr＝r*sin(a+yaw)＝r*sina*cos(yaw)+r*cosa*sin(yaw)

36、xc＝r*cosa

37、yc＝r*sina

38、于是有：

39、xr＝xc*cos(yaw)-yc*sin(yaw)

40、yr＝xc*sin(yaw)+yc*cos(yaw)

41、zr＝zc

42、轉(zhuǎn)換為矩陣形式：

43、

44、其中

45、繞z軸旋轉(zhuǎn)a角度的旋轉(zhuǎn)矩陣r-1z。

46、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，包括充電機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)為：包括有底座，底座內(nèi)安裝有中央控制中心、電源，底座上安裝有視覺顯示屏，所述的視覺顯示屏與中央控制中心信號控制連接，底座上還安裝有六軸協(xié)作機(jī)械臂，所述的六軸協(xié)作機(jī)械臂前端固定連接有安裝座，安裝座上固定安裝有充電槍，所述的充電槍上方安裝有視覺系統(tǒng)。

47、所述的基于視覺識別的車輛充電口定位方法，其特征在于，中央控制中心接受到充電口準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)信息，所述的機(jī)械臂根據(jù)接收到的充電口位置坐標(biāo)信息進(jìn)行插入充電槍動作，成功完成插槍后開始充電。

48、利用本發(fā)明方法，可以實(shí)現(xiàn)充電口準(zhǔn)確定位，充電槍準(zhǔn)確插入，實(shí)現(xiàn)無人充電，具有以下幾個特點(diǎn)：

49、1、精確定位：基于視覺識別的無人充電技術(shù)可以通過攝像頭對充電設(shè)備和充電樁進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和定位，可以在接觸充電樁之前準(zhǔn)確定位，確保精確對齊充電接口。

50、2、高靈活性：與其他充電技術(shù)相比，基于視覺識別的無人充電技術(shù)更加靈活。它不需要特殊的物理連接或驅(qū)動裝置，只需使用攝像頭和圖像處理軟件就能夠完成充電任務(wù)。這使得無人充電設(shè)備在適應(yīng)不同類型和形狀的充電充電口時更具靈活性。

51、3、自動化程度高：基于視覺識別的無人充電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全自動化的充電過程。充電設(shè)備可以通過圖像處理算法實(shí)時檢測和識別充電充電口的位置和姿態(tài)，并自動調(diào)整充電設(shè)備的位置和角度，實(shí)現(xiàn)自動對齊充電接口并開始充電。

52、4、實(shí)時監(jiān)控和調(diào)整：基于視覺識別的無人充電技術(shù)可以實(shí)時監(jiān)控充電過程，并且根據(jù)充電充電口的反饋，實(shí)施調(diào)整充電參數(shù)，這使得充電過程更加可靠和高效，并能夠及時應(yīng)對異常情況和故障。

53、5、適應(yīng)性強(qiáng)：基于視覺識別的無人充電技術(shù)可以適應(yīng)不同類型和形狀的充電充電口，如電動車、機(jī)器人等。通過訓(xùn)練模型和算法的更新，充電設(shè)備可以具備一定的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，從而更好地滿足不同充電充電口的需求。

54、6、定位準(zhǔn)確：通過智能定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了充電口的精確定位，提高了充電的便捷性和準(zhǔn)確性。充電設(shè)備能夠自動對接充電口，減少了人工操作的繁瑣性，提高了充電效率。

55、總體而言，本發(fā)明基于視覺識別的充電口定位方法具有精確定位、高靈活性、自動化程度高、實(shí)時監(jiān)控和調(diào)整以及適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。