基于不可见投影二维码的室内定位方法技术

本发明专利技术公开一种基于不可见投影二维码的室内定位方法，包括：获取融合有二维码图像信息的用于展示待定位对象的任务场景的目标视频，该视频由多组图像按照相应顺序合并而成，每组图像中的各个图像按照相应顺序排列且各个图像之间的明暗分布变化规律对应于二维码图像信息，目标视频的帧率大于预定的人眼可识别的图像亮度最大变化频率；在将目标视频投影至室内预定区域的过程中，待定位对象获取每组图像中的各个图像之间的明暗分布变化规律，根据明暗分布变化规律获取对应的二维码图像，根据二维码图像获取自身位置信息。根据本发明专利技术，能够解决现有移动机器人室内定位方法的实施成本高和易受电磁干扰的问题，同时能够为室内场景带来丰富的可视化效果。场景带来丰富的可视化效果。场景带来丰富的可视化效果。

【技术实现步骤摘要】
基于不可见投影二维码的室内定位方法


[0001]本专利技术属于室内定位领域，更具体地，涉及一种基于不可见投影二维码的室内定位方法。

技术介绍

[0002]随着机器人技术和人工智能技术的发展，自主空中机器人产业发展迅速，在物流运输、环境监测和农田植保等领域发挥着越来越重要的作用。由于在室外实验往往成本较高，环境变化复杂，对飞行空域要求较大，越来越多的研究者选择在室内开展飞行试验。然而在室内开展的飞行试验往往只是真实任务情景的简单抽象，无法做到与外界环境进行交互(如路径规划任务无法实时获取道路情况)。同时，这种简单场景的展示效果也十分有限。
[0003]为提升与外界环境的交互程度，也为提升机器人平台的展示效果，逐渐有工作开始将增强现实(AR)技术与移动机器人研究相结合。Reina等人提出“虚拟传感器”的概念，使用虚拟场景输出感知信息给机器人，实现与外界环境的交互。而Omidshafiei等人提出了一种新的CPS机器人研究架构，将任务场景投射到地面上，使用OptiTrack动作捕捉装置进行室内定位，实现机器人与环境的交互与信息的可视化呈现。由于室内没有GNSS信号，上述AR与机器人结合的平台一般采用室内机器人研究常用的动作捕捉系统或UWB装置提供定位信息，前者价格昂贵，后者易受室内电磁干扰。同时这种定位与显示分离的设计带来了坐标系对齐等新问题，由此导致操作繁琐，不适合在机器人研究机构与教育机构进行推广。
[0004]因此，为了在保留视觉效果的前提下降低硬件成本与使用门槛，申请人尝试将定位和显示过程相融合，让机器人从投影的画面本身获得定位信息。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种基于不可见投影二维码的室内定位方法，该方法包括以下步骤：
[0006]获取融合有二维码图像信息的用于展示待定位对象的任务场景的目标视频，所述目标视频由多组图像按照相应的顺序合并而成，每组图像中的各个图像按照相应的顺序排列，每组图像中的各个图像之间的明暗分布变化规律对应于所述二维码图像信息，所述目标视频的帧率大于预定的人眼可识别的图像亮度最大变化频率；
[0007]在将所述目标视频投影至室内的预定区域的过程中，所述待定位对象获取每组图像中的各个图像之间的明暗分布变化规律，根据所述明暗分布变化规律获取对应的二维码图像，并根据所述二维码图像获取自身的位置信息；
[0008]所述待定位对象为移动机器人。
[0009]作为优选的是，所述获取融合有二维码图像信息的用于展示待定位对象的任务场景的目标视频包括：
[0010]提取能够展示所述待定位对象的任务场景的原始视频的每帧图像；
[0011]对提取到的每帧图像进行预定的操作以获取所述多组图像；
[0012]根据预定的合并顺序对所述多组图像进行合并以获取所述目标视频，所述目标视频与所述原始视频等时长。
[0013]作为优选的是，所述预定的操作包括：
[0014]根据预定的所述目标视频的分辨率对待操作的目标帧图像的尺寸进行调整；
[0015]对尺寸调整后的目标帧图像进行色域转换；
[0016]对色域转换后的目标帧图像进行预定次数的复制，以获取一组待亮度调整的图像；
[0017]根据所述二维码图像信息对所述一组待亮度调整的图像中的各个图像的相应位置的亮度进行相应的调整，并对亮度调整后的各个图像进行色域逆转换，以获取相应的用于合成所述目标视频的一组图像。
[0018]作为优选的是，所述对尺寸调整后的目标帧图像进行色域转换具体为：将尺寸调整后的目标帧图像自RGB色域转换至CIELAB色域；
[0019]所述一组待亮度调整的图像包含两个色域转换后的目标帧图像；
[0020]所述根据所述二维码图像信息对所述一组待亮度调整的图像中的各个图像的相应位置的亮度进行相应的调整包括：
[0021]根据所述二维码图像信息获取每个图像的各个位置所隐藏的信息；
[0022]根据获取的每个图像的各个位置所隐藏的信息，采用曼彻斯特编码的方式对每个图像的相应位置的原始像素增加或者减去预定的光强。
[0023]作为优选的是，所述待定位对象获取每组图像中的各个图像之间的明暗分布变化规律，根据所述明暗分布变化规律获取对应的二维码图像，并根据所述二维码图像获取自身的位置信息包括：
[0024]所述待定位对象搭载的高速摄像模块依次获取每组图像中的各个图像；
[0025]所述待定位对象搭载的处理器根据获取的每组图像中的各个图像获取各个图像之间的明暗分布变化规律，
[0026]根据所述明暗分布变化规律获取对应的二维码图像，
[0027]根据所述二维码图像获取二维码角点的像素坐标和二维码的id，
[0028]根据所述二维码的id和预获取的二维码地图信息获取二维码角点的世界坐标，
[0029]根据所述二维码角点的像素坐标、所述二维码角点的世界坐标和预获取的高速摄像模块的参数矩阵获取所述待定位对象相对于二维码地图坐标系的位置信息。
[0030]作为优选的是，所述处理器基于解码算法获取所述二维码角点的像素坐标和所述二维码角点的世界坐标；
[0031]所述解码算法包括：
[0032]将获取的当前帧图像F
now
自RGB色域转换至CIELAB色域，并提取相应的亮度通道图像
[0033]将亮度通道图像与预获取的上一帧图像F
pre
对应的亮度通道图像对齐，并将对齐后的亮度通道图像与亮度通道图像作差，得到新图像F
b
；
[0034]对新图像F
b
进行图像预处理以获取二维码图像；
[0035]对所述二维码图像进行检测以获取所述二维码角点的像素坐标和所述二维码的
id；
[0036]根据所述二维码的id和所述二维码地图信息获取所述二维码角点的世界坐标。
[0037]作为优选的是，所述将亮度通道图像与预获取的上一帧图像F
pre
对应的亮度通道图像对齐采用基于采样的图像对齐方法所实现；
[0038]所述基于采样的图像对齐方法具体为：
[0039]将亮度通道图像和亮度通道图像分别沿横轴等间距取N列，得到像素列T
inow
(i＝1,...,N)和像素列T
ipre
(i＝1,...,N)；
[0040]若亮度通道图像与亮度通道图像之间的纵向位移的像素数为m
y
，则将亮度通道图像与亮度通道图像对齐时需要调整的最佳纵向位移的像素数需满足：
[0041][0042]上式中，b为预定的最大像素偏移量，h为亮度通道图像和亮度通道图像的高度，T
ipre
(0:h
‑
m
y
)和T
ipre
(
‑
m
y
:h)分别表示的第i个像素列T
ipre
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于不可见投影二维码的室内定位方法，其特征在于，包括：获取融合有二维码图像信息的用于展示待定位对象的任务场景的目标视频，所述目标视频由多组图像按照相应的顺序合并而成，每组图像中的各个图像按照相应的顺序排列，每组图像中的各个图像之间的明暗分布变化规律对应于所述二维码图像信息，所述目标视频的帧率大于预定的人眼可识别的图像亮度最大变化频率；在将所述目标视频投影至室内的预定区域的过程中，所述待定位对象获取每组图像中的各个图像之间的明暗分布变化规律，根据所述明暗分布变化规律获取对应的二维码图像，并根据所述二维码图像获取自身的位置信息。2.根据权利要求1所述的基于不可见投影二维码的室内定位方法，其特征在于，所述获取融合有二维码图像信息的用于展示待定位对象的任务场景的目标视频包括：提取能够展示所述待定位对象的任务场景的原始视频的每帧图像；对提取到的每帧图像进行预定的操作以获取所述多组图像；根据预定的合并顺序对所述多组图像进行合并以获取所述目标视频。3.根据权利要求2所述的基于不可见投影二维码的室内定位方法，其特征在于，所述预定的操作包括：根据预定的所述目标视频的分辨率对待操作的目标帧图像的尺寸进行调整；对尺寸调整后的目标帧图像进行色域转换；对色域转换后的目标帧图像进行预定次数的复制，以获取一组待亮度调整的图像；根据所述二维码图像信息对所述一组待亮度调整的图像中的各个图像的相应位置的亮度进行相应的调整，并对亮度调整后的各个图像进行色域逆转换，以获取相应的用于合成所述目标视频的一组图像。4.根据权利要求3所述的基于不可见投影二维码的室内定位方法，其特征在于，所述对尺寸调整后的目标帧图像进行色域转换具体为：将尺寸调整后的目标帧图像自RGB色域转换至CIELAB色域；所述一组待亮度调整的图像包含两个色域转换后的目标帧图像；所述根据所述二维码图像信息对所述一组待亮度调整的图像中的各个图像的相应位置的亮度进行相应的调整包括：根据所述二维码图像信息获取每个图像的各个位置所隐藏的信息；根据获取的每个图像的各个位置所隐藏的信息，采用曼彻斯特编码的方式对每个图像的相应位置的原始像素增加或者减去预定的光强。5.根据权利要求4所述的基于不可见投影二维码的室内定位方法，其特征在于，所述待定位对象获取每组图像中的各个图像之间的明暗分布变化规律，根据所述明暗分布变化规律获取对应的二维码图像，并根据所述二维码图像获取自身的位置信息包括：所述待定位对象搭载的高速摄像模块依次获取每组图像中的各个图像；所述待定位对象搭载的处理器根据获取的每组图像中的各个图像获取各个图像之间的明暗分布变化规律，根据所述明暗分布变化规律获取对应的二维码图像，根据所述二维码图像获取二维码角点的像素坐标和二维码的id，根据所述二维码的id和预获取的二维码地图信息获取二维码角点的世界坐标，
根据所述二维码角点的像素坐标、所述二维码角点的世界坐标和预获取的高速摄像模块的参数矩阵获取所述待定位对象相对于二维码地图坐标系的位置信息。6.根据权利要求5所述的基于不可见投影二维码的室内定位方法，其特征在于，所述处理器基于解码算法获取所述二维码角点的像素坐标和所述二维码角点的世界坐标；所述解码算法包括：将获取的当前帧图像F
now
自RGB色域转换至CIELAB色域，并提取相应的亮度通道图像将亮度通道图像与预获取的上一帧图像F
pre
对应的亮度通道图像对齐，并将对齐...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩亮，李谨杰，任章，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：