一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法与流程

本发明涉及计算机视觉和图像处理，具体为一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法。

背景技术：

1、随着工业4.0和智能制造的提出，工业领域由传统的制造业不断向数字化、智能化、无人化方向发展，amr在智能仓储、智慧物流、智慧工厂等生产和服务行业得到了广泛应用。amr上的读码头必须精确识别和定位二维码以获得导航和操作指令。传统二维码读取系统通常依赖于图像识别技术来识别二维码并估计其相对于读码头的位姿，包括旋转角度。现有技术主要包括基于图像边缘检测的方法、基于特征点匹配的方法以及基于机器学习的模式识别方法等。尽管这些方法在某些场合下效果显著，但仍存在以下缺陷：

2、对环境敏感：当前方法对图像质量和环境变化敏感，如光照条件和二维码表面反射可能影响识别效果。

3、计算资源消耗：复杂的图像处理算法和模式识别技术需要较大的计算资源，可能导致读码过程延迟，影响amr的实时响应能力。

4、旋转角度估计不准确：部分方法在二维码旋转角度较大时识别准确度下降，尤其是当二维码与读码头的旋转角度接近90度时。

5、鲁棒性不足：在实际应用中，二维码可能由于磨损、污损或部分遮挡等原因导致特征不完整，当前技术在处理不完整二维码时的鲁棒性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，该方法利用二维码的几何特性，通过边缘检测和直线拟合来计算二维码的旋转角度。与现有技术相比，本发明旨在提高在不同环境条件下的二维码识别准确度和鲁棒性，减少计算资源消耗，提高amr的处理速度和响应时间，并提升对旋转角度的估计精度，尤其是在二维码旋转角度较大或部分受损时。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，包括通过图像处理技术和几何分析来确定二维码相对于自动化移动机器人(amr)读码头的旋转角度，且该方法依赖于二维码边缘的检测，将检测到的边缘通过直线拟合算法转化为数学形式的直线方程，并通过这些直线的角度关系来计算二维码的旋转角度，具体包括详细以下步骤：

3、1)图像获取：使用amr的读码头采集二维码图像，再通过使用高分辨率摄像头以及适当的光源确保图像的质量；

4、2)图像预处理：对采集到的图像进行灰度化处理，降低计算复杂性，再通过去噪算法减少图像噪声，提高后续边缘检测的准确性，之后对图像进行二值化处理，提取roi区域，准备边缘检测；

5、3)roi与边缘检测：利用改进的canny算法或sobel算法等边缘检测技术提取二维码的边界线，再利用二维码识别算法得到二维码的四个角点位置，并将四个角点连线，构造方块掩码图像，将掩码图像与边缘图像求交集，得到二维码的边缘图像；

6、4)直线拟合：对检测出的边界线采用ransac方法找最佳直线点集，并用最小二乘法进行直线拟合，再计算出边界线的方程，包括斜率和截距；

7、5)旋转角度计算：根据二维码的标准结构，其边界线是垂直或水平的,再通过计算拟合直线的斜率，可以得到二维码边界相对于图像坐标轴的偏离角度，之后对四个边界的偏离角度求平均，得到二维码相对于读码头的旋转角度；

8、6)结果输出：将计算得到的旋转角度输出，供amr系统进一步处理。

9、优选的，所述图像获取模块的设备根据二维码的尺寸、距离、速度等条件，选择合适的高分辨率摄像头，且光学系统中确保摄像头与光源协同工作，提供均匀的照明以减少阴影和反射。

10、优选的，所述图像预处理模块中的噪声滤波运用高斯滤波、中值滤波等技术消除图像噪声，增强图像质量，且roi区域中提取二维码区域图像，降低整体计算量。

11、优选的，所述边缘检测模块，使用边缘检测算法，采用如canny、sobel、prewitt等边缘检测算法识别二维码边界，且使用角点检测识别二维码的角点，为后续的直线拟合提供关键坐标信息。

12、优选的，所述直线拟合模块首先进行数据提取，从边缘检测结果中提取用于拟合的边界线点集，然后，运用最小二乘法或ransac等算法对这些点集进行直线拟合，从而得到边界线的数学描述。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1、该发明由于本方法依赖于直线拟合而非复杂的图像处理或模式识别算法，其计算过程更加快速和高效，从而减少了处理时间，提高了amr在实时任务中的响应速度，从而提高了计算效率。

15、2、该发明通过改进的边缘检测和直线拟合算法，能更准确地估计二维码相对于读码头的旋转角度，特别是在二维码部分受损或有遮挡时，相比现有技术，准确性有显著提升。

16、3、该发明鲁棒性强化：提出的方法增强了系统对不良环境条件(如光照变化、表面反射等)的适应性，以及对二维码自身瑕疵(如磨损、污损)的容忍度。

17、4、该发明由于本方法不依赖于高消耗的图像识别算法，因此降低了amr系统的能耗和计算资源需求，有利于更长时间的独立运行以及降低硬件要求。

18、5、该发明的方法为基于图像的其他类型位姿估计算法提供了一个有效的计算框架，可以被进一步扩展以适应更多种类的标记系统和应用场景。

技术特征：

1.一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，其特征在于：包括通过图像处理技术和几何分析来确定二维码相对于自动化移动机器人(amr)读码头的旋转角度，且该方法依赖于二维码边缘的检测，将检测到的边缘通过直线拟合算法转化为数学形式的直线方程，并通过这些直线的角度关系来计算二维码的旋转角度，具体包括详细以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，其特征在于：所述图像获取模块的设备根据二维码的尺寸、距离、速度等条件，选择合适的高分辨率摄像头，且光学系统中确保摄像头与光源协同工作，提供均匀的照明以减少阴影和反射。

3.根据权利要求1所述的一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，其特征在于：所述图像预处理模块中的噪声滤波运用高斯滤波、中值滤波等技术消除图像噪声，增强图像质量，且roi区域中提取二维码区域图像，降低整体计算量。

4.根据权利要求1所述的一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，其特征在于：所述边缘检测模块，使用边缘检测算法，采用如canny、sobel、prewitt等边缘检测算法识别二维码边界，且使用角点检测识别二维码的角点，为后续的直线拟合提供关键坐标信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，其特征在于：所述直线拟合模块首先进行数据提取，从边缘检测结果中提取用于拟合的边界线点集，然后，运用最小二乘法或ransac等算法对这些点集进行直线拟合，从而得到边界线的数学描述。

技术总结本发明涉及计算机视觉和图像处理技术领域，具体为一种基于直线拟合的二维码旋转角度估计方法，包括通过图像处理技术和几何分析来确定二维码相对于自动化移动机器人(AMR)读码头的旋转角度，且该方法依赖于二维码边缘的检测，将检测到的边缘通过直线拟合算法转化为数学形式的直线方程，并通过这些直线的角度关系来计算二维码的旋转角度，该发明由于本方法依赖于直线拟合而非复杂的图像处理或模式识别算法，其计算过程更加快速和高效，从而减少了处理时间，提高了AMR在实时任务中的响应速度，从而提高了计算效率，通过改进的边缘检测和直线拟合算法，能更准确地估计二维码相对于读码头的旋转角度。技术研发人员：陈文成,吕朝顺,罗阳受保护的技术使用者：劢微机器人科技（深圳）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29