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1. WO2020244480 - RELATIVE POSITIONING DEVICE, AND CORRESPONDING RELATIVE POSITIONING METHOD

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

附图

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

说明书

发明名称 : 一种用于实现相对定位的装置以及相应的相对定位方法

技术领域

[0001]
本发明涉及定位技术领域,尤其涉及一种用于实现相对定位的装置以及相应的相对定位方法。

背景技术

[0002]
本部分的陈述仅仅是为了提供与本发明相关的背景信息,以帮助理解本发明。除非明确说明,在本部分中描述的内容对于本申请的技术方案而言并不构成现有技术。
[0003]
在许多应用场景中,都需要确定设备或机器的位置。例如,在对车辆进行导航时,需要确定车辆的位置。另外,在一些工厂中,会使用机器人或自动驾驶车辆来进行货物的配送或传递,在货物的配送或传递过程中,需要确定这些机器人或自动驾驶车辆的位置。
[0004]
目前主流的定位方式通常是基于无线信号进行定位,例如,GPS定位、wifi定位、蓝牙定位等,但是这些定位方式易受信号干扰,难以获得精确的定位结果。
[0005]
基于视觉标志物进行定位的方式在一定程度上能克服上述缺点,但是其受成像精度的影响,目前只在近距离定位中进行了一些应用。例如,在一些增强现实应用中会利用被称为AR marker的视觉标志物来近距离地确定摄像头的位置和姿态。图1示出了一种示例性的AR marker,其类似于二维码。另外,在一些机器人应用中也可以使用视觉标志物对附近机器人上安装的摄像头的位置和姿态进行确定。但是,现有的视觉标志物通常都是平面的打印物体,当距离视觉标志物较远时,视觉标志物的成像像素数量会减少,使得基于其的定位结果变得不稳定或者存在较大误差,从而无法比较精确地确定摄像头的位置和姿态。
[0006]
为此,本发明提供了一种能够实现较高相对定位精度的装置以及相应的相对定位方法。
[0007]
发明内容
[0008]
本发明的一个方面涉及一种用于实现相对定位的装置,包括:一个或多个第一定位标志,所述第一定位标志能够确定一个平面;以及一个或多个第二定位标志,其中,所述第二定位标志的至少一部分位于所述第一定位标志所在的平面之外,其中,所述第一定位标志和所述第二定位标志发出或者反射能够被成像设备采集的光。
[0009]
可选地,其中,所述装置中包括位于同一平面且不共线的至少三个第一定位标志,以及所述第二定位标志位于所述第一定位标志所在的平面之外。
[0010]
可选地,其中,所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离为至少0.2厘米。
[0011]
可选地,其中,所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离大于各个第一定位标志之间的最短距离的1/10。
[0012]
可选地,其中,所述装置中包括四个第一定位标志,所述四个第一定位标志中的任意三个不共线。
[0013]
可选地,其中,所述四个第一定位标志排列成矩形形状,所述第二定位标志在水平方向上位于该矩形的中间位置。
[0014]
可选地,其中,所述第一定位标志和第二定位标志中的一个或多个定位标志被配置用作能够传递信息的数据光源。
[0015]
可选地,上述装置还包括:一个或多个用于传递信息的数据光源或视觉标志。
[0016]
可选地,其中,所述装置中包括一个或多个用于传递信息的视觉标志,以及其中,所述视觉标志的一部分被用作所述第一定位标志或所述第二定位标志。
[0017]
本发明的一个方面涉及一种使用定位装置实现的相对定位方法,所述定位装置包括一个或多个第一定位标志以及一个或多个第二定位标志,其中,所述第一定位标志能够确定一个平面,所述第二定位标志的至少一部分位于所述第一定位标志所在的平面之外,所述方法包括:获得由成像设备拍摄的包含所述定位装置的图像;获得所述第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息;确定所述第一定位标志和第二定位标志在所述图像上的成像位置信息;以及,根据所述第一定位标志和第二定位标志的物理位 置信息和成像位置信息以及所述成像设备的成像器件的内参信息,确定在拍摄所述图像时所述成像设备相对于所述定位装置的位置信息和/或姿态信息。
[0018]
可选地,其中,所述第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息包括这些定位标志之间的相对物理位置信息或者这些定位标志的绝对物理位置信息。
[0019]
可选地,其中,至少部分地通过所述成像设备与所述定位装置之间的通信来获得所述第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息。
[0020]
可选地,其中,所述定位装置中还包括一个或多个用于传递信息的数据光源或视觉标志,或者所述第一定位标志和第二定位标志中的一个或多个定位标志被配置用作能够传递信息的数据光源,以及其中,能够通过所述成像设备识别所述数据光源或视觉标志传递的信息。
[0021]
可选地,其中,所述数据光源或视觉标志传递的信息能够被用于获得所述定位装置、所述第一定位标志或者所述第二定位标志的相对或绝对物理位置信息。
[0022]
可选地,其中,所述确定在拍摄所述图像时所述成像设备相对于所述定位装置的位置信息和/或姿态信息包括:使用PnP方法来确定在拍摄所述图像时所述成像设备相对于所述定位装置的位置信息和/或姿态信息;和/或,确定与所述第一定位标志和第二定位标志相关的透视变形,并根据该透视变形来确定在拍摄所述图像时所述成像设备相对于所述定位装置的位置信息和/或姿态信息。
[0023]
本发明的另一个方面涉及一种计算机程序以及存储有该计算机程序的存储介质,在所述计算机程序被处理器执行时,能够用于实现上述的方法。
[0024]
本发明的再一个方面涉及一种电子设备,其包括处理器和存储器,所述存储器中存储有计算机程序,在所述计算机程序被处理器执行时,能够用于实现上述的方法。

附图说明

[0025]
以下参照附图对本发明的实施例作进一步说明,其中:
[0026]
图1示出了一种示例性的AR marker;
[0027]
图2示出了根据本发明的一个实施例的光标签的前视图;
[0028]
图3示出了图2所示的光标签的侧视图;
[0029]
图4示出了图2所示的光标签的立体视图;
[0030]
图5示出了一个示例性的定位装置,其上的定位标志不具有深度差;
[0031]
图6示出了当使用成像设备在左侧拍摄图5所示的定位装置时所获得的成像;
[0032]
图7示出了当使用成像设备在右侧拍摄图5所示的定位装置时所获得的成像;
[0033]
图8示出了根据本发明的一个实施例的定位装置的立体图,其上的定位标志具有深度差;
[0034]
图9示出了当使用成像设备在左侧拍摄图8所示的定位装置时所获得的成像;
[0035]
图10示出了当使用成像设备在右侧拍摄图8所示的定位装置时所获得的成像;
[0036]
图11示出了根据本发明的一个实施例的相对定位方法;
[0037]
图12示出了在一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图;
[0038]
图13示出了在另一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图。

具体实施方式

[0039]
为了使本发明的目的,技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0040]
为了便于解释本发明,下文以光通信装置为例进行说明,但本领域技术人员根据本申请的描述可以理解,本发明的方案并不限于光通信装置,而是可以适用于任何具有本发明的相对定位特征的装置。
[0041]
光通信装置也称为光标签,这两个术语在本文中可以互换使用。光标签能够通过不同的发光方式来传递信息,其具有识别距离远、可见光条件要 求宽松的优势,并且光标签所传递的信息可以随时间变化,从而可以提供大的信息容量和灵活的配置能力。
[0042]
光标签中通常可以包括控制器和至少一个光源,该控制器可以通过不同的驱动模式来驱动光源,以向外传递不同的信息。光标签中还包括控制器,其用于根据要传递的信息为每个光源选择相应的驱动模式。例如,在不同的驱动模式下,控制器可以使用不同的驱动信号来控制光源的发光方式,从而使得当使用具有成像功能的设备拍摄光标签时,其中的光源的成像可以呈现出不同的外观(例如,不同的颜色、图案、亮度、等等)。通过分析光标签中的光源的成像,可以解析出各个光源此刻的驱动模式,从而解析出光标签此刻传递的信息。
[0043]
为了基于光标签向用户提供相应的服务,每个光标签可以被分配一个标识信息(ID),该标识信息用于由光标签的制造者、管理者或使用者等唯一地识别或标识光标签。通常,可由光标签中的控制器驱动光源以向外传递该标识信息,而用户可以使用设备对光标签进行图像采集来获得该光标签传递的标识信息,从而可以基于该标识信息来访问相应的服务,例如,访问与标识信息相关联的网页、获取与标识信息相关联的其他信息(例如,与该标识信息对应的光标签的位置信息)、等等。设备可以通过其上的图像采集器件(例如摄像头)对光标签进行图像采集来获得包含光标签的图像,并通过分析图像中的光标签(或光标签中的各个光源)的成像以识别出光标签传递的信息
[0044]
可以在服务器上保存每个光标签的标识信息(ID)或其他信息,例如与该光标签相关的服务信息、与该光标签相关的描述信息或属性,如光标签的位置信息、物理尺寸信息、物理形状信息、姿态或朝向信息等。光标签也可以具有统一的或默认的物理尺寸信息和物理形状信息等。设备可以使用识别出的光标签的标识信息来从服务器查询获得与该光标签有关的其他信息。光标签的位置信息可以是指该光标签在物理世界中的实际位置,其可以通过地理坐标信息来指示。
[0045]
图2示出了根据本发明的一个实施例的光标签的前视图,其包括三个用于向外传递信息的数据光源205、位于三个数据光源205两侧的四个第一定位标志201、位于三个数据光源205上方的一个第二定位标志202, 其中,四个第一定位标志201位于同一平面且不共线,并且第二定位标志202位于四个第一定位标志201所在的平面之外,也即,第一定位标志201和第二定位标志202之间存在深度差。第一定位标志和第二定位标志发出或者反射能够被成像设备采集的光,其可以是人眼可见的光,也可以是人眼不可见的光。
[0046]
在图2所示的实施例中,四个第一定位标志201排列成矩形形状,并且第二定位标志202在水平方向上位于该矩形的中间位置,但本领域技术人员可以理解,这并非限制,第一定位标志201和第二定位标志202可以具有其他排列方式。在图2所示的实施例中还示出了一些用于使得光标签更加美观的特征(例如,光标签上部的类似于两个耳朵的部分),这些特征仅仅是示例性的,并不对本发明产生限制。
[0047]
数据光源205可以是能够用于向外传递信息的任何光源,例如,数据光源205可以是一个LED灯、由多个LED灯构成的阵列、显示屏幕或者其中的一部分、甚至光的照射区域(例如光在墙壁上的照射区域)也可以作为数据光源205。数据光源205可以具有任何表面形状,例如圆形、正方形、矩形、条状、等等。数据光源205中可以包括或者附加各种常见的光学器件,例如导光板、柔光板、漫射器等。在一些实施例中,光标签中可以具有一个或多个数据光源205,而不限于三个。
[0048]
在一个实施例中,可以使用视觉标志替代数据光源205来向外传递信息,例如,可以使用打印的QR码、小程序码、条形码等来作为视觉标志。视觉标志可以被布置于定位标志之间,但也可以被布置于其他地方,例如定位标志的上方、下方等。
[0049]
第一定位标志201和/或第二定位标志202可以是不主动发光的器件;第一定位标志201和/或第二定位标志202也可以是能够主动发光的器件,例如灯,以便能够在没有环境光或者环境光较弱的场景下使用。第一定位标志201和/或第二定位标志202可以具有任意合适的表面形状,例如,圆形、正方形、长方形、三角形、六边形、椭圆形、等等。第一定位标志201和/或第二定位标志202也可以是立体定位标志,例如,球体、圆柱体、立方体等。
[0050]
在一些实施例中,第一定位标志201的数量可以是三个或多于四个, 只要其中包括至少三个不共线的第一定位标志即可。三个不共线的第一定位标志201足以确定一个平面,且第二定位标志202位于该三个第一定位标志201所确定的平面之外。
[0051]
在一些实施例中,第二定位标志202可以位于光标签上的其他地方,例如位于第一定位标志201的下方或者中间,并且光标签中可以具有不止一个第二定位标志202。在一个实施例中,光标签包括两个第二定位标志202,这两个第二定位标志202分别位于第一定位标志201的上方和下方。
[0052]
在一些实施例中,数据光源205与第一定位标志201可以位于同一平面或者位于不同的平面。在一些实施例中,数据光源205与第二定位标志202可以位于同一平面或者位于不同的平面。
[0053]
图3示出了图2所示的光标签的侧视图,图4示出了图2所示的光标签的立体视图。从图3和图4可以清楚地看出,第二定位标志202位于四个第一定位标志201所在的平面之外,也即第一定位标志201和第二定位标志202存在深度差。
[0054]
上文以光标签为例描述了包括第一定位标志和第二定位标志的定位装置,但本领域技术人员可以理解,本发明的方案并不限于光标签,而是可以适用于任何满足下列条件的装置:该装置包括至少三个位于同一平面但不共线的第一定位标志以及一个或多个第二定位标志,其中该一个或多个第二定位标志位于第一定位标志所在的平面之外。在下文中,上述装置可以被称为“定位装置”。在一些实施例中,定位装置可以仅仅包括用于实现相对定位的第一定位标志和第二定位标志,而不包括用于向外传递信息的数据光源;或者,定位装置中的第一定位标志和/或第二定位标志本身既可以作为定位标志,也可以同时被配置用作能够向外传递信息的数据光源。在一些实施例中,使得定位装置不仅能够用于相对定位而且能够用于向外传递信息是有利的,这样可以使得成像设备能够获悉定位装置的标识信息,该标识信息可以用于获得定位装置的绝对位置,从而可以根据定位装置的绝对位置以及成像设备相对于定位装置的相对位置来确定成像设备的绝对位置。在一些实施例中,定位装置可以与视觉标志(例如,QR码、小程序码、条形码等)配合使用,两者可以被集成或布置在一起。在一些实施例中,可以将视觉标志的一部分(例如,视觉标志中的某些特征点、 视觉标志的角、等等)用作定位装置的第一定位标志或第二定位标志。例如,可以将作为视觉标志中的一个或多个特征点作为定位装置的一个或多个第一定位标志。在一个实施例中,视觉标志可以用于提供定位装置或视觉标志的标识信息、定位装置或视觉标志在物理世界中的位置信息、或者一个或多个定位标志在物理世界中的相对或绝对位置信息。
[0055]
根据不同的应用场景,第一定位标志201所在的平面与第二定位标志202的距离或深度差可以具有不同的取值。通常情况下,如果所需的定位范围比较大(例如,需要在定位装置周围比较大的范围内实现相对定位),则需要比较大的深度差;如果成像设备的分辨率比较低,则需要比较大的深度差。相反,如果所需的定位范围比较小和/或成像设备的分辨率比较高,则比较小的深度差就可以满足需要。理论上,在存在深度差的情况下,为了能够观察到第二定位标志相对于第一定位标志的成像位置变化(也即,成像位置变化在像素上是可区分的),与深度差对应的距离的成像通常需要大于等于两个像素。假设成像设备的分辨率为R,定位所需的最远距离为D,则最小的深度差为:以分辨率R成像,与2个像素对应的在距离D处的实际物体长度。更为具体地,假设成像设备的分辨率为R=Rx*Ry,成像器的大小为L*W,在成像设备坐标系下,成像设备的x方向焦距为fx,y方向焦距为fy,定位所需的最远距离为D,物体的尺寸为x*y,物体的成像尺寸为u*v(以上尺寸x,y,u,v均为物体在相机坐标系下的x轴和y轴的投影尺寸)。可以得到如下公式:
[0056]
fx/D=u*(L/Rx)/x
[0057]
fy/D=v*(W/Ry)/y
[0058]
令u=v=2个像素,
[0059]
x_min=2*L*D/(fx*Rx)
[0060]
y_min=2*W*D/(fy*Ry)
[0061]
则可以取x_min和y_min两者的最小值作为深度差的最小值depth_min,也即,depth_min=min(x_min,y_min)。
[0062]
例如,在使用具有4K分辨率(2160*3840)的成像设备的情况下,当识别距离为10米时,2/3厘米的线段的成像约为2个像素,所以,最小的深度差需要为2/3厘米。如果识别距离变为50米(例如,针对某些室外 定位场景),则最小的深度差需要为10/3厘米。而如果识别距离变为1.5米(例如,针对某些室内定位场景),则最小的深度差需要为0.1厘米。
[0063]
在一些实施例中,优选地,第一定位标志所在的平面与第二定位标志的距离或深度差为至少0.1厘米、至少0.2厘米、至少0.5厘米、至少0.8厘米、至少1厘米、或者至少1.5厘米、等等。在一些实施例中,也可以根据各个第一定位标志之间的距离来确定第一定位标志所在的平面与第二定位标志的距离或深度差,优选地,第一定位标志所在的平面与第二定位标志的距离或深度差大于各个第一定位标志之间的最短距离的1/10、1/8、1/5、1/4、或者1/3、等等。
[0064]
下文描述使用根据一个实施例的定位装置实现的相对定位方法,该相对定位方法用于确定成像设备相对于定位装置的位置信息和/或姿态信息。位置信息和姿态信息可以统称为“位姿信息”。需要说明的是,根据应用场景的不同需要,在某些情况下可能并不需要获得成像设备的位置信息和姿态信息两者,而是可以仅仅获得其中一者,例如仅获得成像设备的位置信息。
[0065]
在一个实施例中,为了获得成像设备相对于定位装置的位置和/或姿态,可以根据定位装置建立一个坐标系,该坐标系可以被称为定位装置坐标系。定位装置上的第一定位标志和第二定位标志构成在该坐标系中的一些空间点,并且具有在该坐标系中的相应坐标。在使用成像设备拍摄了包含定位装置的图像后,可以例如根据定位装置的物理结构特征或几何结构特征,在图像中找到与这些空间点分别对应的像点,并确定各个像点在图像中的成像位置。根据各个空间点在坐标系中的坐标以及对应的各个像点在图像中的成像位置,结合相机的内参信息,可以计算得到拍摄该图像时成像设备在坐标系中的位姿信息(R,t),其中R为旋转矩阵,其表示相机在坐标系中的姿态信息,t为位移向量,其表示相机在坐标系中的位置信息。计算R、t的方法在现有技术中是已知的,例如,可以利用3D-2D的PnP(Perspective-n-Point)方法来计算R、t,为了不模糊本发明,在此不再详细介绍。
[0066]
在计算成像设备的位姿信息(R,t)时,需要准确地确定与定位装置上的各个定位标志对应的各个像点在图像上的位置,然而如果这些定位标 志都位于同一平面的话,这可能是有挑战的。图5示出了一个示例性的定位装置,其上的定位标志不具有深度差。具体地,该定位装置包括五个由实心黑色原点表示的定位标志P1、P2、P3、P4、P5,并且这五个定位标志位于同一平面。在这五个定位标志中,四个定位标志P1、P2、P3、P4构成一个矩形形状,并且定位标志P5位于矩形的中心位置。图6示出了当使用成像设备在左侧拍摄图5所示的定位装置时所获得的成像,图7示出了当使用成像设备在右侧拍摄图5所示的定位装置时所获得的成像。可以看出,定位装置的成像存在相应的透视变形,具体地,根据视觉成像中“近大远小”原则,当使用成像设备在左侧拍摄定位装置时,定位标志P1和P2之间的距离要比定位标志P3和P4之间的距离大;相反,当使用成像设备在右侧拍摄定位装置时,定位标志P1和P2之间的距离要比定位标志P3和P4之间的距离小。根据定位装置的定位标志P1、P2、P3、P4、P5在物理世界坐标系中的坐标以及这些定位标志的成像位置,可以通过使用例如PnP(Perspective-n-Point)方法来计算出成像设备在物理世界坐标系中的位姿信息。然而,在很多情况下,在确定定位标志的成像位置时会存在一些误差,从而导致所计算的成像设备的位姿信息存在误差,这些误差在成像设备距离定位装置比较远时变得更加明显。例如,当定位装置距离成像设备比较远时,其成像很小,此时,定位标志P1和P2之间的距离或者定位标志P3和P4之间的距离所占的像素很少(例如:小于几十个像素),并且这两个距离之间的像素差更小(例如:仅相差1-3个像素),同时由于图像处理的误差(例如,图像处理的像素误差可能为1-2个像素),使得难于准确地确定上述两个距离之间的差,相应地,也就难于准确地确定成像设备的位姿信息。
[0067]
通过采用本公开的定位装置,可以极大地减轻或消除所确定的成像设备的位姿信息中的误差。图8示出了根据本发明的一个实施例的定位装置的立体图,其与图5所示的定位装置类似,但是将中心位置处的定位标志P5移动到或者凸出到另外四个定位标志P1、P2、P3、P4所在的平面之外。如此,当将图8所示的定位装置以图5所示的方式放置,并使用成像设备在左侧或右侧拍摄该定位装置时,可以获得不同的成像效果。图9示出了当使用成像设备在左侧拍摄该定位装置时所获得的成像,图10示出了当 使用成像设备在右侧拍摄该定位装置时所获得的成像,图9和图10中的虚线圆表示在移动定位标志P5之前该定位标志P5的成像位置,也即,图5所示的定位装置中的定位标志P5的成像位置。从图9和图10可以看出,由于定位标志P5凸出于另外四个定位标志P1、P2、P3、P4所在的平面之外,因此,当在不同位置处使用成像设备拍摄定位装置时,该定位装置的定位标志P5的成像位置相对于定位标志P1、P2、P3、P4的成像位置会发生比较明显的变化,通过对该变化的进一步分析有助于减轻或消除所计算的成像设备的位姿信息中的误差。图9和图10分别示出了使用成像设备在左侧和右侧拍摄定位装置时所获得的成像,本领域技术人员可以理解,在其他方向使用成像设备拍摄时也会观察到类似的效果。另外,在一些实施例中,可以省略定位装置中的定位标志P1、P2、P3、P4中的任意一个。
[0068]
图11示出了根据本发明的一个实施例的相对定位方法,其通过分析成像设备所拍摄的包含定位装置的图像,来确定成像设备相对于定位装置的位置信息和/或姿态信息。定位装置可以包括位于同一平面且不共线的至少三个第一定位标志以及位于所述第一定位标志所在的平面之外的一个或多个第二定位标志。该方法可以由成像设备执行,但也可以由其他设备或装置(例如服务器)来执行,或者可以由成像设备和其他设备配合执行。例如,成像设备可以将其所拍摄的包含定位装置的图像发送给服务器,之后,服务器可以分析该图像以确定成像设备相对于定位装置的位置,如此,可以简化在成像设备处的软件部署或者计算能力部署。图11所示的方法包括如下步骤:
[0069]
步骤1101:获得定位装置上的第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息。
[0070]
可以以各种方式来获得第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息。例如,在一些应用场景中(例如,在自动化工厂中),定位装置具有固定的规格或型号,如此,成像设备或者服务器等可以预先知悉定位装置上的第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息。在一些应用场景中,定位装置具有通信功能,并且成像设备可以与定位装置进行通信(例如,通过无线信号或光来进行通信),以获得定位装置的第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息。成像设备可以直接获得定位装置的第一定位标 志和第二定位标志的物理位置信息,也可以获得定位装置的其他信息(例如,标识信息、规格信息或型号信息),并使用该其他信息通过查询或分析来确定第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息。例如,对于本申请的图2所示的光标签形式的定位装置,成像设备可以识别光标签传递的标识信息,并使用该标识信息通过查询来获得该光标签上的各个定位标志的物理位置信息。成像设备也可以将所识别的由光标签传递的信息发送到服务器,从而使得服务器可以使用这些信息通过查询来获得该光标签上的各个定位标志的物理位置信息。成像设备可以将其通过与定位装置通信所获得任何信息发送给其他设备或装置,例如服务器。
[0071]
第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息可以是相对物理位置信息,也可以是绝对物理位置信息。在一些实施例中,第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息可以是各个定位标志之间的相对位置关系(例如,相对距离和相对方向)。在一些实施例中,第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息可以是各个定位标志在根据定位装置建立的坐标系中的坐标信息。例如,可以以一个定位标志作为坐标系原点,并通过该坐标系中的坐标信息来表示各个定位标志的位置。在一些实施例中,第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息可以是各个定位标志在现实世界中的绝对物理位置信息。本领域技术人员可以理解,定位标志的绝对物理位置信息对于确定成像设备与定位装置之间的相对位姿信息并不是必要的,但是,通过使用定位标志的绝对物理位置信息,可以基于成像设备与定位装置之间的相对位姿信息来进一步确定成像设备在现实世界中的绝对位姿信息。
[0072]
步骤1102:获得由成像设备拍摄的包含定位装置的图像。
[0073]
本文中提到的成像设备可以是用户携带或控制的设备(例如,手机、平板电脑、智能眼镜、智能头盔、智能手表、等等),但是可以理解,该成像设备也可以是能够自主移动的机器,例如,无人机、无人驾驶汽车、机器人等,该成像设备上安装有成像器件,例如摄像头。
[0074]
步骤1103:通过分析所述图像以获得第一定位标志和第二定位标志在所述图像上的成像位置信息。
[0075]
在获得了由成像设备拍摄的包含定位装置的图像后,可以通过分析该 图像来确定定位装置的第一定位标志和第二定位标志在图像上的成像位置,该成像位置例如可以由对应的像素坐标来表示。
[0076]
步骤1104:根据第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息和成像位置信息,结合所述成像设备的成像器件的内参信息,来确定在拍摄所述图像时成像设备相对于定位装置的位置信息和/或姿态信息。
[0077]
成像设备的成像器件可以具有相应的内参信息,成像器件的内参是与成像器件自身特性相关的参数,比如成像器件的焦距、像素数目等。成像设备可以获得在拍摄图像时其成像器件的内参信息。其他设备或装置(例如服务器)也可以从成像设备接收该内参信息。例如,成像设备在向服务器上传图像时,可以另外上传其成像器件的内参信息。在一些实施例中,成像设备可以替代地向服务器上传其成像器件的型号信息,服务器可以根据该型号信息获得其内参信息。
[0078]
在获得了第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息、第一定位标志和第二定位标志的成像位置信息、以及成像设备的成像器件的内参信息之后,可以使用本领域已知的各种方法(例如,3D-2D的PnP(Perspective-n-Point)方法,也称为solvePnP的方法)来确定成像设备相对于定位装置的位置信息和/或姿态信息。目前比较有代表性的方法包括P3P方法、Iterative方法、EPnP方法、DLT方法等。
[0079]
在一些实施例中,在获得了第一定位标志和第二定位标志的物理位置信息、第一定位标志和第二定位标志的成像位置信息、以及成像设备的成像器件的内参信息之后,也可以通过分析这些定位标志或者这些定位标志构成的图案的透视变形等来确定在拍摄图像时成像设备相对于定位装置的位置信息和/或姿态信息。例如,成像设备可以采用各种方式来确定其相对于定位装置的距离信息和方向信息。在一个实施例中,成像设备可以通过分析定位标志构成的图案的实际大小以及该图案的成像大小来确定成像设备与定位装置的相对距离(成像越大,距离越近;成像越小,距离越远)。成像设备还可以通过比较定位标志构成的图案的实际形状以及该图案的成像形状来确定成像设备相对于定位装置的方向信息。例如,对于图9所示的成像,可以确定成像设备是在左侧拍摄定位装置,对于图10所示的成像,可以确定成像设备是在右侧拍摄定位装置。成像设备也可以 根据定位装置的成像来确定其相对于定位装置的姿态信息。例如,当定位装置的成像位置或成像区域位于成像设备的视野的中心时,可以认为成像设备当前正对着定位装置。在确定成像设备的姿态时还可以进一步考虑定位装置的成像的方向。随着成像设备的姿态发生改变,定位装置在成像设备上的成像位置和/或成像方向会发生相应的改变,因此,可以根据定位装置在成像设备上的成像来获得成像设备相对于定位装置的姿态信息。
[0080]
通过采用根据本申请的一个实施例的光标签,在不同位置拍摄光标签时可以更明显地观察到其上的定位标志的成像差异,从而可以极大地减轻或消除所确定的成像设备的位姿信息中的误差。图12示出了在一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图;图13示出了在另一个方向拍摄的本申请的一个实施例的光标签的成像效果图。图12和图13中的实线圆环是第二定位标志202的成像,并且用虚线圆环示出了当第二定位标志202位于第一定位标志201所在的平面时的成像位置。从图12和图13可以明显地看出,由于第二定位标志202凸出于第一定位标志201所在的平面之外,因此,当在不同位置处使用成像设备拍摄光标签时,第二定位标志202的成像位置相对于第一定位标志201的成像位置会发生比较明显的变化,通过对该变化的进一步分析有助于减轻或消除所计算的成像设备的位姿信息中的误差。
[0081]
在上述实施例中,主要以点状的定位标志进行了描述,但是本领域技术人员可以理解,在一些实施例中,第一定位标志和/或第二定位标志可以具有其他形状。例如,在一个实施例中,可以由一个条状的定位标志来代替图2中所示的两个第一定位标志201(例如左侧的两个第一定位标志201或者右侧的两个第一定位标志201)。在一个实施例中,第一定位标志可以包括一个条状定位标志和与该条状定位标志不共线的一个点状定位标志,以共同确定一个平面。在一个实施例中,第一定位标志可以包括位于同一平面内的两个条状定位标志,例如,对于图8所示的定位装置,可以用连接P1和P2的一个条状定位标志来代替定位标志P1和P2,并用连接P3和P4的一个条状定位标志来代替定位标志P3和P4。在一个实施例中,可以使用一个平面多边形框(例如三角形框或矩形框)来作为第一定位标志,该多边形框本身确定了一个平面,例如,对于图8所示的定位装 置,可以用一个连接定位标志P1、P2、P3、P4的矩形框来代替定位标志P1、P2、P3、P4。在一个实施例中,可以使用一个平面状定位标志(例如三角形定位标志或矩形定位标志)作为第一定位标志,该平面状定位标志本身确定了一个平面,例如,对于图8所示的定位装置,可以用由定位标志P1、P2、P3、P4限定的矩形平板来代替定位标志P1、P2、P3、P4。类似地,第二定位标志也可以具有其他形状,例如,条状、多边形框状、平面状等。在一种情况下,第二定位标志整体可以位于第一定位标志所在的平面之外;在另一种情况下,第二定位标志可以与第一定位标志所确定的平面交叉,只要第二定位标志的一部分(例如,第二定位标志的一个端点)位于第一定位标志所在的平面之外即可。
[0082]
下面描述使用根据本发明的一个实施例的定位装置通过多次实验获得的位置计算结果。
[0083]
一、
[0084]
X方向(左右方向)实验:在定位装置前方1米处测试左右两个方向的相对定位结果,其中,成像设备的拍摄位置分别向左右两个方向移动0.5米、1米、1.5米。定位装置作为空间坐标系的原点,当成像设备在左侧拍摄时其X坐标为负值,在右侧拍摄时其X坐标为正值。数据单位均为毫米(mm),X、Y、Z代表成像设备的计算坐标,X0、Y0、Z0代表成像设备在拍摄定位装置时的实际坐标。
[0085]
[0086]
[0087]
二、
[0088]
Y方向(上下方向)验证实验:在定位装置前方2米处测试上下两个方向的相对定位结果,其中,成像设备的拍摄位置分别向上下两个方向移动0.5米、1米、1.5米。当成像设备在上侧拍摄时其Y坐标为负值,在下侧拍摄时其Y坐标为正值。数据单位均为毫米(mm),X、Y、Z代表成像设备的计算坐标,X0、Y0、Z0代表成像设备在拍摄定位装置时的实际坐标。
[0089]
[0090]
[0091]
从上述试验结果可以看出,通过采用本发明的一个实施例的定位装置,当成像装置在距离定位装置若干米的位置处进行拍摄时,通过相对定位所计算出的成像装置的X、Y、Z坐标值与实际坐标值的误差通常仅为几十毫米,从而提供了比较高的相对定位精度。
[0092]
本文中针对“各个实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”、或“实施例”等的参考指代的是结合所述实施例所描述的特定特征、结构、或性质包括在至少一个实施例中。因此,短语“在各个实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”、或“在实施例中”等在整个本文中各处的出现并非必须指代相同的实施例。此外,特定特征、结构、或性质可以在一个或多个实施例中以任何合适方式组合。因此,结合一个实施例中所示出或描述的特定特征、结构或性质可以整体地或部分地与一个或多个其他实施例的特征、结构、或性质无限制地组合,只要该组合不是不符合逻辑 的或不能工作。本文中出现的类似于“根据A”、“基于A”、“通过A”或“使用A”的表述意指非排他性的,也即,“根据A”可以涵盖“仅仅根据A”,也可以涵盖“根据A和B”,除非特别声明或者根据上下文明确可知其含义为“仅仅根据A”。在本申请中为了清楚说明,以一定的顺序描述了一些示意性的操作步骤,但本领域技术人员可以理解,这些操作步骤中的每一个并非是必不可少的,其中的一些步骤可以被省略或者被其他步骤替代。这些操作步骤也并非必须以所示的方式依次执行,相反,这些操作步骤中的一些可以根据实际需要以不同的顺序执行,或者并行执行,只要新的执行方式不是不符合逻辑的或不能工作。
[0093]
由此描述了本发明的至少一个实施例的几个方面,可以理解,对本领域技术人员来说容易地进行各种改变、修改和改进。这种改变、修改和改进意于在本发明的精神和范围内。虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述,然而本发明并非局限于这里所描述的实施例,在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

权利要求书

[权利要求 1]
一种用于实现相对定位的装置,包括: 一个或多个第一定位标志,所述第一定位标志能够确定一个平面;以及 一个或多个第二定位标志,其中,所述第二定位标志的至少一部分位于所述第一定位标志所在的平面之外, 其中,所述第一定位标志和所述第二定位标志发出或者反射能够被成像设备采集的光。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置中包括位于同一平面且不共线的至少三个第一定位标志,以及所述第二定位标志位于所述第一定位标志所在的平面之外。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的装置,其中, 所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离为至少0.2厘米;或者 所述第一定位标志所在的平面与所述第二定位标志的距离大于各个第一定位标志之间的最短距离的1/10。
[权利要求 4]
根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置中包括四个第一定位标志,所述四个第一定位标志中的任意三个不共线。
[权利要求 5]
根据权利要求4所述的装置,其中,所述四个第一定位标志排列成矩形形状,所述第二定位标志在水平方向上位于该矩形的中间位置。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的装置,其中,所述第一定位标志和所述第二定位标志中的一个或多个定位标志被配置用作能够传递信息的数据光源。
[权利要求 7]
根据权利要求1所述的装置,还包括: 一个或多个用于传递信息的数据光源或视觉标志。
[权利要求 8]
根据权利要求1所述的装置,其中,所述装置中包括一个或多个用于传递信息的视觉标志,以及其中,所述视觉标志的一部分被用作所述第一定位标志或所述第二定位标志。
[权利要求 9]
一种使用定位装置实现的相对定位方法,所述定位装置包括一个或多个第一定位标志以及一个或多个第二定位标志,其中,所述第一定位标志能够确定一个平面,所述第二定位标志的至少一部分位于所述第一定位标志所在的平面之外,所述方法包括: 获得由成像设备拍摄的包含所述定位装置的图像; 获得所述第一定位标志和所述第二定位标志的物理位置信息; 确定所述第一定位标志和所述第二定位标志在所述图像上的成像位置信息;以及 根据所述第一定位标志和所述第二定位标志的物理位置信息和成像位置信息以及所述成像设备的成像器件的内参信息,确定在拍摄所述图像时所述成像设备相对于所述定位装置的位置信息和/或姿态信息。
[权利要求 10]
根据权利要求9所述的相对定位方法,其中, 所述第一定位标志和所述第二定位标志的物理位置信息包括这些定位标志之间的相对物理位置信息或者这些定位标志的绝对物理位置信息。
[权利要求 11]
根据权利要求9所述的相对定位方法,其中, 至少部分地通过所述成像设备与所述定位装置之间的通信来获得所述第一定位标志和所述第二定位标志的物理位置信息。
[权利要求 12]
根据权利要求9所述的相对定位方法,其中,所述定位装置中还包括一个或多个用于传递信息的数据光源或视觉标志,或者所述第一定位标志和所述第二定位标志中的一个或多个定位标志被配置用作能够传递信息的数据光源, 以及其中,能够通过所述成像设备识别所述数据光源或视觉标志传递的信息。
[权利要求 13]
根据权利要求12所述的相对定位方法,其中,所述数据光源或视觉标志传递的信息能够被用于获得所述定位装置、所述第一定位标志或者所述第二定位标志的物理位置信息。
[权利要求 14]
一种存储介质,其中存储有计算机程序,在所述计算机程序被处理器执行时,能够用于实现权利要求9-13中任一项所述的方法。
[权利要求 15]
一种电子设备,其包括处理器和存储器,所述存储器中存储有计算机程序,在所述计算机程序被处理器执行时,能够用于实现权利要求9-13中任一项所述的方法。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]  
[ 图 7]  
[ 图 8]  
[ 图 9]  
[ 图 10]  
[ 图 11]  
[ 图 12]  
[ 图 13]