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.

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 D_uи D_v- горизонтальный и вертикальный размеры пикселя (пикс/м), связан­ные отношением s_u. Чтобы получить решение для трех неизвестных вдвумя 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.

Любой вектор n₁, для которого удовлетворяются ограничивающее условие, имеет вид

разования^сТ_д. 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 проекцииполучаются 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 координатамирасположена на прямой, сов­падающей с вектором проекциии 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 координати выбирается базовая точка

Эти параметры являются постоянными для фикси­рованной конфигурации камеры.

2) . По пиксельным координатам объекта в изображении (u, v) вычисляются ком­поненты вектора проекциис 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.