Позиционирование объектов относительно робота по информации с визуальных сенсоров .
При использовании в системе машинного зрения только одной видеокамеры вычислить расстояние до обнаруженного объекта не представляется возможным, если размер и форма объекта неизвестны.
Как говорилось выше, для определения расстояния до точечного объекта необходимо наложить некоторые ограничения на его расположение, которые позволят получить однозначное решение обратной задачи. Для этого необходимо знать некоторую информацию о рабочем пространстве (возможное расположение объектов в нем, размеры некоторых деталей).Рассмотрим более подробно метод определения координат точечного объекта относительно робота, который был предложен ранее в работе [336]. Данная информация может быть использована в качестве исходных данных для решения задачи определения местоположения мобильного робота в рабочем пространстве, а также для выполнения простых навигационных задач, таких как сближение с обнаруженным объектом или следование за ним (визуальное сервоуправление). Точечный объект представляется на изображении в виде точки с пиксельными координатами (и,v). Для модели камеры с точечной апертурой преобразование из системы координат робота в пиксельные координаты на изображении задается в виде
где Duи Dv- горизонтальный и вертикальный размеры пикселя (пикс/м), связанные отношением su. Чтобы получить решение для трех неизвестных в
двумя известными параметрами необходимо применить ограничивающее условие для p(r) или p(c-*, которое определит однозначное решение из множества возможных.
Для решения обратной задачи сначала рассмотрим кинематические преобразования между системой координат робота и камеры.
Произвольный вектор п может быть представлен в обеих системах соответствующими компонентами
Любой вектор n1, для которого удовлетворяются ограничивающее условие, имеет вид
разованиясТд. Для вычисления местоположения объекта необходимо вычислить только компоненты вектора по координатам изображения, так как обратная задача в (4.11) имеет тривиальное решение
215
Рис. 4.4. Использование одной камеры для вычисления координат точечного объекта относительно системы координат MP.
Компоненты вектора проекции
получаются из уравнений (4.12) и (4.17)
Используя уравнение связи (4.13) и (4.11) получим
где
- скалярный коэффициент. Он является функцией компонент базисного вектора
, так как точка с координатами
расположена на прямой, совпадающей с вектором проекции
и лежит на плоскости, заданной уравнением связи.
Выражение (4.20) получено на основе следующего уравнения
Таким образом, процедура вычисления координат объекта относительно ро
бота по его координатам на изображении может быть представлена алгоритмом со следующими шагами:
1) Для имеющейся видеосистемы определяются внешние и внутренние па
раметры камеры. Текущая кинематическая конфигурация вращающейся камеры определяется углами поворота r>>.
„ для которых вычисляются текущие
матрицы преобразования координат
и выбирается базовая точка
Эти параметры являются постоянными для фиксированной конфигурации камеры.
2) . По пиксельным координатам объекта в изображении (u, v) вычисляются компоненты вектора проекции
с использованием выражений (4.17) и (4.18).
3) . Координаты объекта в системе координат камеры р^ вычисляются при помощи выражений (4.19) и (4.20).
4) . Координаты объекта относительно робота находятся из выражения (4.11).
Следует заметить, что данный алгоритм может быть использован и для вычисления местоположения и ориентации удлиненного объекта. В этом случае необходимо вычислить расстояния до двух характерных точек объекта.
4.2.4.