专利名称：一种质点定位系统及方法
技术领域：
本发明属于定位技术领域，尤其涉及一种质点定位系统及方法。
背景技术：
基于视觉定位是近些年来刚刚兴起的定位方法之一。主要被应用于非接触式室内空间目标点的高精度定位与观察目标的姿态测量。相关的案例有面部表情的采集，人体姿态的采集以及各类机器人的姿态估计等。目前，基于多相机空间质点定位的实用系统不多。现有的系统主要是双相机定位系统，用于深度图的测量，并不具有红外图像的捕捉功能。
发明内容
针对上述背景技术中提到现有视觉定位方法不能捕捉红外图像等不足，本发明提出了一种质点定位系统及方法。本发明的技术方案是，一种质点定位系统，用于对物体进行定位，其特征是该系统包括红外相机、红外射灯、红外反光标志点、同步脉冲信号发生器和计算机；所述红外相机分别与同步脉冲信号发生器和计算机连接；红外反光标志点置于所要定位的物体上；红外射灯对准红外反光标志点；所述红外射灯用于对红外反光标志点进行照射；所述红外相机用于接收红外反光标志点的反射光；所述同步脉冲信号发生器用于对红外相机发送同步脉冲信号；所述计算机对红外相机采集的信号进行处理。所述红外相机包括外触发电路、广角镜头和高速红外工业相机。 所述红外射灯为LED广角红外射灯。所述红外相机和同步脉冲信号发生器用同步触发线连接。一种定位方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤I :将所述红外反光标志点放置在所要定位的物体上；步骤2 :所述红外射灯对所述红外反光标志点进行照射；步骤3 :所述红外相机接收所述红外反光标志点的反射光，并计算出红外反光标志点图像的二维重心坐标；所述同步脉冲信号发生器控制所述红外相机同时将红外反光标志点图像的二维重心坐标发送给所述计算机；步骤4 :所述计算机根据红外反光标志点图像的二维重心坐标得到红外反光标志点的三维坐标。所述红外反光标志点图像的二维重心坐标得到红外反光标志点的三维坐标的公式为minZl^ _/7Α"|Γ其中
Xi是第i个红外反光标志点的三维坐标；Pj是第j个相机的透视投影矩阵；<是第i个红外发光标志点在第j个相机中的二维坐标。本发明能够捕捉红外图像，且结构简单，不受普通光线影响，图像上的关键信息不会淹没在噪声之中，易于提�。岣吡讼低车穆嘲粜�。同时采用广角镜头，扩大了观察范围。这样使得定位的范围广、同时保证定位精度高。
图I是质点定位系统的结构示意图；
图2是标志点在四台高速红外工业相机中的成像位置示意；图3是计算机的处理流程图。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。本发明的目的在于提供一种适合室内使用的基于红外质点识别技术的大范围高精度定位系统，并通过把反光点放置在观察目标上，可以准确、实时地得到目标的位置量、运动速度、加速度等信息。本发明包括红外相机、红外射灯、红外反光标志点、同步脉冲信号发生器和计算机。红外相机、红外射灯、红外反光标志点的数量视具体情况而定。本发明通过以下步骤来实现步骤I :将红外反光标志点放置在所要定位的物体上；步骤2 :红外射灯对红外反光标志点进行照射；步骤3 :红外相机接收红外反光标志点的反射光，并计算出红外反光标志点图像的二维重心坐标；同步脉冲信号发生器控制红外相机同时将红外反光标志点图像的二维重心坐标发送给计算机。为了减少传输图像时对带宽的占用，高速工业红外相机具备处理图像的功能。高速工业红外相机对当前的图像进行噪声滤除以突出其中红外反光标志点图像的特征，然后统计红外反光标志点图像的轮廓，由轮廓来估算红外反光标志点图像的重心坐标，并将图像中的红外反光标志点图像的二维重心坐标传输给计算机。步骤4 :计算机根据红外反光标志点图像的二维重心坐标得到红外反光标志点的
三维坐标。联合同一标志点在不同相机中的对应点坐标求解标志点的三维坐标值，求解过程是将每个相机的投影矩阵、标志点的三维坐标和红外反光标志点的在不同相机中的二维坐标这三个部分建立一个约束关系，使得红外标志点的三维坐标通过投影矩阵映射到不同相机坐标平面后的坐标与相机成像点的坐标距离平方和最�。渲幸恢直硎拘问饺缦率剿�
权利要求
1.一种质点定位系统，用于对物体进行定位，其特征是该系统包括红外相机、红外射灯、红外反光标志点、同步脉冲信号发生器和计算机； 所述红外相机分别与同步脉冲信号发生器和计算机连接；红外反光标志点置于所要定位的物体上；红外射灯对准红外反光标志点； 所述红外射灯用于对红外反光标志点进行照射； 所述红外相机用于接收红外反光标志点的反射光； 所述同步脉冲信号发生器用于对红外相机发送同步脉冲信号； 所述计算机对红外相机采集的信号进行处理。
2.根据权利要求I所述的一种质点定位系统,其特征是所述红外相机包括外触发电路、广角镜头和高速红外工业相机。
3.根据权利要求I所述的一种质点定位系统,其特征是所述红外射灯为LED广角红外射灯。
4.根据权利要求I所述的一种质点定位系统，其特征是所述红外相机和同步脉冲信号发生器用同步触发线连接。
5.一种利用权利要求I所述系统的定位方法，其特征是该方法包括以下步骤 步骤I :将所述红外反光标志点放置在所要定位的物体上； 步骤2 :所述红外射灯对所述红外反光标志点进行照射； 步骤3 :所述红外相机接收所述红外反光标志点的反射光，并计算出红外反光标志点图像的二维重心坐标；所述同步脉冲信号发生器控制所述红外相机同时将红外反光标志点图像的二维重心坐标发送给所述计算机； 步骤4 :所述计算机根据红外反光标志点图像的二维重心坐标得到红外反光标志点的三维坐标。
6.根据权利要求5所述的一种定位方法，其特征是所述红外反光标志点图像的二维重心坐标得到红外反光标志点的三维坐标的公式为 hj 其中 X1是第i个红外反光标志点的三维坐标； Pj是第j个相机的透视投影矩阵； ^是第i个红外发光标志点在第j个相机中的二维坐标。
全文摘要
本发明公开了定位技术领域中的一种质点定位系统及方法。本发明系统包括红外相机、红外射灯、红外反光标志点、同步脉冲信号发生器和计算机。本发明结构简单，不受普通光线影响，图像上的关键信息不会淹没在噪声之中，易于提�。岣吡讼低车穆嘲粜裕煌辈捎霉憬蔷低罚┐罅斯鄄旆段А�
文档编号G01B11/00GK102840825SQ20121029894
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月21日 优先权日2012年8月21日
发明者柳长安, 王硕, 吴华, 杨国田, 刘春阳 申请人:华北电力大学
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