一摄像头实现运动测量和精准定位

一摄像头实现运动测量和精准定位

2020/04/30

用一台摄像头进行运动测量 同时实现精确定位 世界上最准确的图像测量标记 “LentiMark”

一种“视觉标记”，可以通过对绘制的图案进行图像处理来估计倾斜和位置。这个标记是支持机器人自主运动的工具在 AIST，传统的视觉标记准确度提高 10 倍标记。其目的是运动测量是啊精准定位

作为机器人处理工具的“接触点”

　看看机器人的手。你可以看到电动螺丝刀上的标记，它试图抓住，对吧？这是一种名为“LentiMark”的高精度标记。通过用安装在手上的摄像头读取该标记，可以测量位置和姿势，使其能够以适当的方式握住电动螺丝刀。''

　该标记的开发者 Hideyuki Tanaka 在观看视频时解释了这一点。确实，电动螺丝刀有一个方形的板，上面有黑色圆圈和黑白条纹的图案。工作机器人是AIST开发的人形机器人HRP-5P，它使用电动螺丝刀将石膏板拧到墙上。对于没有自身身体感知的机器人来说，“笔直”插入螺丝是一项艰巨的任务。即使握持工具的方式发生轻微变化也会导致螺钉弯曲，但机器人无法对这种变化进行微调。因此，需要将手和电动螺丝刀精确对准，以便机器人能够准确地抓取工具。

　由于传统视觉标记的准确性，无法将标记对齐以使其位于您的正前方。 LentiMark 的优势之一是可以直接在您面前进行测量。”

新思路，测量精度比以前提高10倍

　传统视觉标记从正面测量时效果较弱的原因是，标记图案的明显变形小于从某个角度观察时的变形。如果你从一个角度看一个正方形，它看起来像一个梯形，所以很容易看到角度，但当你从正面看它时，形状几乎看不见。事实上，标记的外观不会随着角度的变化而发生太大变化，这是测量结果不佳的原因。

　当相机位于标记前面时，无法正确测量，并且物体的姿势变得模糊。如果无法获得有关物体的准确信息，则无法安全地控制机器人。我想通过创建一个无论在哪里观看都可以准确测量的标记来解决这个问题。''

　田中用一个以前从未存在过的想法来解决这个问题。即使从正面观察，标记的外观也会随着角度的变化而发生很大变化。结果就是 LentiMark，一种新的标记，由中心二维码、周围四个角的参考点、两个 LEAG（光栅角度计）和两个 FDP（翻转检测图案）组成。

　LEAG是条纹图案与双凸透镜相结合的特殊图案，利用黑线根据视角的移动来检测视线角度。 FDP是一种将波形的左右两侧涂成黑色和白色的结构化图案，利用颜色根据视角在白色和黑色之间切换的事实来检测姿势的反转。首先根据图像上四个角参考点的位置关系计算出标记的位置和方向，然后使用LEAG和FDP来抑制模糊。

　　通过这种方法，我们的测量精度达到了传统视觉标记的 10 倍以上。这是目前世界上最准确的标记，可以使用单个通用相机来测量位置和方向。''

■LentiMark 和相机

　有了该标记，任何人只需准备智能手机相机或廉价的 USB 相机，就可以轻松高精度地测量位置和方向。

预计用作运动测量和精密定位工具

　目前，该技术被用于各种类型的机器人控制以及研发现场的各种测量。日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 已将其安装在一颗实验卫星上，并用它来测量太阳能电池板的部署行为。

　该标记器可以同时测量多个项目，因此也可以应用于运动测量。运动捕捉通常用于运动测量，需要在室内安装多个摄像机来拍摄附着在测量目标上的标记。但是，如果使用此标记，则只需要一台相机。它可以在任何位置轻松测量，并且可以立即量化目标的运动。

　我们相信，不仅以视觉方式而且以数字方式记录人和物体的运动，使其更容易测量和分析，将带来更快、更高效的研究和开发。

　它还有望应用于精密定位。 2019年在柏叶进行的示范实验中，通过用智能手机或其他设备拍摄标记的照片，可以确定一个人站在地球上的哪个位置，误差仅约10厘米。这种精度对于在无法使用 GPS 的地方、乘坐轮椅或助行器外出或自主机器人丢失位置时获取位置信息非常有用。

　未来的挑战将是我们能够在多大程度上降低制造成本。无论标记有多精确，如果不值得成本，人们就不会使用标记，标记被大量使用并放置在各个地方。为此，除了努力降低成本外，我们还在继续努力普及标记，例如寻找标记的新用途，考虑开发更容易安装在缝隙中的细长标记。

　我确信高精度标记可以有效地用于许多用途。我们希望与大家一起发现一个我们尚未见过的世界，所以请先尝试一下。”田中强调道。