复杂光照环境下的单目视觉位姿测量技术研究

复杂光照环境下的单目视觉位姿测量技术研究单目视觉位姿测量技术由于精度高、速度快、结构简单、成本低、抗干扰能力强等优势在机器人、工业制造、交通运输、航空航天、生活娱乐等领域发挥着重要作用,但是复杂光照条件,如光照不均匀、低照度、阴影、局部反光、光照颜色和色温变化大等制约着视觉位姿测量技术在一些应用场景(隧道、球磨机、航天器、雨雪天气等)的有效实施,以此为背景,本文提出一套完整的单目视觉位姿测量技术,能在复杂光照条件下有效测量目标物位姿。首先设计合作靶标。进行仿真实验,通过大量的实验数据确定较优的靶标参数(特征点个数、特征点共面与否);通过视场计算确定合理的靶标尺寸;提出一种基于颜色的特征点编码方案,有效进行特征点匹配;最终设计出一种制作简单、易于识别、解码方便的合作靶标。然后针对复杂光照环境,进行图像增强、平滑滤波、颜色校正算法研究。

高斯同态滤波能均匀图像照度;中值滤波能有效去除低照度下的图像噪声;提出一种改进的镜面反射法,在图像颜色多与少、不同色温光照条件下均能有效校正图像颜色。接下来识别靶标特征点。将高斯同态滤波和Otsu算法结合,在光照不均匀、低照度、淡阴影、局部反光的环境中均能有效分割靶标区域;基于Hough直线变换识别靶标边框线,判定靶标区域;基于圆形度识别靶标特征点,改进连通域表示方法,解决圆形度计算异常的问题;定义了椭圆度,基于椭圆度识别靶标特征点;针对高斯同态滤波结合Otsu算法难以解决的靶标强阴影问题,提出一种基于椭圆度的靶标去阴影算法;在RGB颜色空间定义颜色距离,通过颜色识别进行特征点解码。最后解算位姿。

标定相机参数;根据识别的靶标特征点像素坐标,通过EPnP算法进行位姿解算,分别进行仿真实验和实物实验验证本文方法,实验结果证明,本文方法精度高,能满足实际需要。