一种基于二维码的车辆定位方法技术

本发明专利技术提出了一种基于二维码的车辆定位方法，该方法依靠从地面读取的二维码信息来计算出车辆所在的位置。所述车辆包括一个光源和一个视觉摄像头，这个摄像头可以放在车辆的尾部或车辆的前部，摄像头按一定的角度朝向地面。摄像头朝向的地面上分布有二维码，车辆运行时要保证任意时刻都至少有一个二维码在摄像头的拍摄区域内，并且每个二维码都对应唯一的ID，这样就可以通过图像处理的技术，实时计算出车辆在特定的环境下的位置，来为车辆的导航提供位置信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到移动车辆的导航定位方法，特别是涉及配有视觉定位系统的车辆， 通过识别地面上的二维码来确定车辆的位置信息的定位方法。
技术介绍
当代的自动驾驶车辆，都会配备各种各样的传感器，通过这些传感器来识别地理 环境的信息来为车辆的导航提供依据。这些传感器包括：超声传感器、物理接触的位移传感 器、激光传感器，以及能够采集2D和3D的视觉传感器。 但是，现有技术中的方法存在着或价格昂贵、或运算速度慢、或精度差等缺点，因 此，本领域需要一种成本低、处理速度快并能满足要求的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，主要依靠从地面读取二 维码信息的特征来计算出车辆所在的位置，成本低，处理速度快。 本专利技术采用的技术方案如下。 首先，从摄像头读取图像信息，然后对获取的图像进行预处理，如颜色转换、图像 增强、图像缩放；然后检测图像中的二维码，从图像中的二维码获取角点的图像坐标信息， 计算出摄像头到二维码角点的距离，并且识别出特殊二维码的ID，根据二维码ID与场地地 图的地理关系获得车辆在该地图环境下的位置和姿态。 其中，在确定车辆的坐标的时候，视觉系统必须感知到至少一个二维码的存在。 其中，在场地中的二维码ID是该场地内唯一的ID，并与场地地图相关联；提供给 车辆车载视觉系统，从而确认车辆的定位信息。 本专利技术与现有技术相比具有如下优点。 1、简单：用简单的方法，给出了车的视觉系统的地理信息和地图的几何关系.目 前迅速发展的自动识别技术一一二维码作为此技术最低层的信息存储载体之一，承载着他 自己的优势（低成本，高存储密度，超高速识别，较强的纠错能力），在自动识别领域发挥着 重要的作用，本专利技术就是利用二维码的简单、方便并且识别率高的特点，来识别车辆的位置 信息。 2、快速的处理过程：本专利技术的方法通过视觉摄像头对获取的图像进行预处理，如 颜色转换、图像增强、图像缩放，然后检测图像中的二维码，从图像中的二维码获取角点的 图像坐标信息，根据二维码ID从场地二维码坐标文件中读取角点的空间坐标，根据角点的 图像坐标以及空间坐标估计摄像头的位置和姿态。因为对图像进行了缩放、颜色转换，并且 只需提取二维码的角点信息，所以对减小了图像处理过程中的计算量，实现了快速的处理 速度。 3、特征提取：根据特殊二维码的特征及边框设计，可以利用边框角点坐标，计算出 定位信息；通过二维码的解码，获取唯一ID。 4、高精度的三维信息：视觉传感器的三维坐标系原点到二维码的三维坐标系原点 的X、Y、Z距离测量精度可以达到厘米级别。 5、鲁棒性：对视觉系统而言，光照条件的变化及光亮度的不均匀将会降低识别精 度，甚至会导致识别失败。本专利技术从增加辅助光源和算法本身入手，提高了系统的鲁棒性， 可以满足一般场景的要求。 7、环境设置简单：对车辆运行的环境改动量小。 8、扩展性好：根据不同的需要可以增加视觉摄像头的数量，而且不用重新编写代 码，只需修改其中的部分的参数，来满足多目识别的需求【附图说明】 图1是本专利技术的算法流程图。 图2是摄像头与3维空间中标记之间的变换关系示意图。 图3是本专利技术所使用的二维码的一种实施例。【具体实施方式】 附图1所示的是本专利技术的方法的流程图。根据本专利技术的方法，在对车辆定位的过 程中，首先从摄像头读取图像信息，然后对获取的图像进行预处理，如颜色转换、图像增强、 图像缩放。随后，检测图像中的二维码（MARKER)，从图像中的二维码获取角点的图像坐标信 息，计算出摄像头到二维码角点的距离，并且识别出特殊二维码的ID，根据二维码ID与场 地地图的地理关系，获得车辆在该地图环境下的位置和姿态。 在确定车辆的坐标的时候，视觉系统必须感知到至少一个二维码的存在。 其中，在场地中的二维码ID是该场地内唯一的ID，并与场地地图相关联；提供给 车辆车载视觉系统，从而确认车辆的定位信息。 从图像中的MARKER获取角点的图像坐标的步骤的具体说明如下。 一、对二值图像进行轮廓跟踪。 确定二值图像中轮廓的步骤如下： 1)查找轮廓起始点： ①若f(i，j) = 1且f(i，j_l) = 0,则当前像素点（i，j)为轮廓外缘的起始点；并 使当前轮廓编号（CCC)增加1，（i2,j2)赋值为（i，j-Ι); ②若f(i，j)彡1且f(i，j+1) = 0,则当前像素点（i，j)为轮廓内缘的起始点， CCC+1 ; (i2,j2)赋值为（i，j+1);否则，转步骤 3)。 2)从轮廓的起始点开始轮廓跟踪： ①在当前像素（i，j)的邻域内，沿顺时针方向从（i2,j2)开始查找第一个非零像 素点，如果找到像素点，则记为（il，jl);否则，令f(i，j) = -CCC，转3); ②（i2,j2)赋值为（il，jl)，（i3,j3)赋值为（i，j); ③在（i3,j3)的邻域内，沿逆时针方向从（i2,j2)的下一个像素点开始，查找第一 个非零像素点，记为（i4,j4); ④改变像素点（i3,j3)的值：如果f(i3,j3+l)乒 0,且f(i3,j3) = 1，则f(i3， j3) =CCC;如果f(i3，j3+l) =0,且f(i3，j3) =l，f(i3，j3-l) =0,则f(i3，j3) =CCC; 如果f(i3,j3+l) = 0,且 f(i3,j3) = 1，则f(i3,j3) =-CCC;否则，f(i3,j3)保持不变； ⑤如果f(i4,j4) = (i，j)且（i3,j3) = (il，jl)，则回到轮廓的起始点，转3); 否则，（i2,j2)赋值为（i3,j3)，（i3,j3)赋值为（i4,j4)，转③； 3)判断扫描条件.从（i，j+l)像素开始继续扫描，直至到达图像右下角的像素点 为止.如果j+Ι大于图像宽度，则置j= 0,i=i+Ι，从下一行开始扫描。 二、寻找轮廓的拐点。 寻找轮廓的拐点的方法如下： 将实对称矩阵对角化处理，这里把R看成旋转因子，其不影响正交方向的变化分 量。经对角化处理后，将两个正交方向的变化量分量"提取"出来成为λρλ2(特征值）， 接下来就可以类似理想角点、边缘、平坦区域进行分析了。 前面的步骤已经获取到了精确的标记角点，由此能够模拟出摄像头与3维空间中 标记之间的变换。这个过程中，在摄像头与物体之间的欧氏变换只包含旋转和转换。 如图2所示，0是表示为摄像头的中心，A、B、C、D是世界坐标轴的3维的点，a、b、 c、d是它们在摄像头图像平面的投影。下面的目的是使用内在的矩阵和在图像平面已知的 点去找出3维空间已知标记的位置与摄像头0之间的转换。 由于标记总是正方形且所有的顶点都在同一平面，为了获得标记在3维空间的位 置坐标，因此如图3所示定义它们的角点。 图3所示的是本专利技术所使用的二维码的一个实施例，其优选使用具有标准尺寸的 黑白框构成，以提高识别的成功率。将标记置于xy坐标系（即z= 0)，并将标记的中心点置于（0，0，0)处。左边系统 的起点就是标记的中心点。 在识别完二维码之后，即可通过2维-3维的点集找出摄像头的位置。 寻找摄像头的位置的三维重建的算法流程如下。假设待求的姿态，包当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆定位方法，所述车辆上设置有用于检测地面上的二维码的摄像头，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，从摄像头读取图像信息；步骤2，对获取的图像进行预处理；步骤3，检测图像中的二维码，从图像中的二维码获取角点的图像坐标信息；步骤4，计算出摄像头到二维码角点的距离；步骤5，识别出二维码的ID，根据二维码ID与场地地图的地理关系，获得车辆在该地图环境下的位置和姿态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志建，刘天建，韩飞，
申请(专利权)人：北京微尘嘉业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11