并且当增量运动测量系统指 示当前方位足以靠近期望方位时停止移动(步骤102)。对于所述当前方位，本地定位系统将 确定履带交通工具在参考坐标系内的位置和取向。在步骤104,改变本地定位系统的方向向 量(使用平移和倾斜轴）以确保所有激活目标都在视场内。更具体地说，调整LPS平移和倾斜 角以将摄像机定心在目标物体上，从而使三个激活目标标记（以某种图案安装在目标物体 上)处于图像视场内。为了说明的目的，测量处理的以下进一步描述将假设激活目标标记是 灯(如，LED)。
[0046]在所有激活目标标记都在图像视场内的情况下，开始获取图像数据的处理。该处 理涉及光激化(light activation)和图像捕捉。在步骤106,当灯关闭且储存了当前平移和 倾斜角时，捕捉参考图像。在步骤108,开启灯并且捕捉一个或多个指示器图像(使用与步骤 106中所使用的相同的平移和倾斜角）。可替换地，当灯开启时，可以捕捉参考图像，并且当 灯关闭时，可以捕捉指示器图像。可以使用两种技术中的任一种捕获指示器图像(或多幅图 像）。根据一种技术，灯被一次一个地循环并且捕捉每个状态下目标物体的分离的图像(即， 如果利用三个灯，则具有目标物体的三个分离的状态和三个分离的图像）。根据另一种技 术，目标物体被装备有被布置成非对称图案的一组灯，并且当该组内所有的灯被开启时，捕 捉一个图像。
[0047]仍然参考图5A，通过处理所获取的图像数据，计算每个灯相对于指示器图像的像 素坐标(步骤110)。首先，对每幅图像应用失真函数校正(使用关于光学器件的信息）。第二， 计算表示参考图像和一个或多个指示器图像之间差异的差分图像。第三，将差分图像分割 成分离的区域，这可以包含使用尺寸、颜色、形状或其他参数进行过滤。图像分割意味着用 特定特性限定一组像素。根据一种实施方式，发现彼此紧邻（即，连续区域)的特定颜色和亮 度的像素。差分图像将同样具有将被过滤出的一些小的伪像(例如精细的边缘轮廓）。这可 以利用模糊过滤器和亮度阈值过滤器完成。图6中示意描绘的分割图像94内显示了分割结 果。三个圆圈表示图像内与图4中描绘的履带交通工具52上的LED灯56a-c对应的分割区域 98a- C<3(为了简便起见，图6中的分割区域被显示为圆圈，但是在实际中，图像内的一些或全 部分割区域将不是正圆形，因为摄像机的方向向量很少与灯的对称轴精确地对准。）在图像 已经被分割之后，计算机计算每个分割区域98a-c的圆心。圆心是所述区域的平均X像素坐 标和平均Y像素坐标。这些X-Y坐标对被用于计算与图像中心的X-Y坐标对的差。
[0048]再次参考图5A，一旦已经计算出每个分割区域的平均像素坐标，就计算图像内每 个区段圆心位置方位的相应平移和倾斜角度(步骤112)。这些平移倾斜机构的平移和倾斜 角将被用于将本地定位系统的激光范围探测器取向（即，引导)在目标物体上每个激活目标 标记处。图像中心的LPS平移倾斜角已经是已知的，连同到目标物体的距离(从步骤104)。用 于引导本地定位系统以瞄准每个激活目标标记（即，LED)的方法使用每个圆心与图像中心 的像素偏移、摄像机的当前视场角度以及在图像中心处到目标的距离来计算偏移平移和偏 移倾斜角，该偏移平移和偏移倾斜角被计算机馈送到本地定位系统。计算机指示本地定位 系统使用偏移平移和偏移倾斜角对与分割区域的圆心对应的方位进行自动LPS测量。这意 味着轮流将激光范围探测器瞄准每个激活目标标记并且测量每个激活目标标记的范围、平 移和倾斜数据(步骤114)。
[0049] 现在参考图5B，基于测量的范围、平移和倾斜数据，计算激活目标标记的笛卡尔坐 标(在参考坐标框架内）（步骤116)。然后，计算激活目标标记的中心坐标之间的相对距离， 并且将它们的比率与已知图案的对应比率进行比较以确定每个点的相应索引数字（步骤 118)。如果获取分开的图像的同时按顺序开启灯，则使用图像次序对图像区段编号。可替换 地，如果获取单一图像的同时所有的灯同时开启，则使用每个测量点的笛卡尔坐标计算测 量点之间的距离向量，并且与目标物体上灯位置的已知图案内的点相比较。
[0050] 在索引步骤之前，本地定位系统已经测量了目标物体上的三个已知点并且将它们 转换成参考坐标系内限定的笛卡尔(Χ，γ，ζ)坐标。为了使用这些点以便与它们的参考位置 进行比较，每个测量点必须与图案的合适参考点关联。但是点被测量的次序可能是一次与 下一次不同的，这取决于履带交通工具相对于LPS摄像机的取向。为了解决该可能的对应性 不匹配，测量点将被重新排序以匹配参考点的顺序。这将通过比较测量点的相对距离（向量 长度)的比率与参考点的相对距离的比率来进行。然后，测量点将被重新排序（g卩，改变阵列 索弓丨）以匹配参考点次序。
[0051] 一旦已经完成再次索引，就基于已知初始点图案和测量点图案之间的差异来计算 描述目标物体的当前位置和取向的4X4的齐次变换矩阵(步骤120)。该处理在附录中详细 描述。
[0052]仍然参考图5B，应用步骤120内计算的变换矩阵以将计算的方位转换成机器人控 制坐标(步骤122)。根据参考坐标系限定步骤120内计算出的变换矩阵，但可以根据与参考 坐标系原点不同的初始起始点来限定履带交通工具的运动路径。如果是这种情况，那么描 述了相对于参考坐标系的初始方位的变换矩阵的逆预乘以步骤120中计算出的变换，这限 定了目标物体相对于参考坐标系的当前方位。该结果是描述了相对于初始方位的当前方位 的变换。该计算被显示为如下等式：
[0053] 、 _
[0054] 其中T表示4X4的齐次变换矩阵；而R、I以及C下标/上标分别表示参考方位、初始 方位以及当前方位。
[0055] 然后，发送表示目标物体的当前位置和取向的数据以便显示或可以使用该数据的 其他处理(步骤124)。
[0056] 图5A和图5B中呈现的流程图描述了以上方法以用于灯处于目标物体上非对称图 案且针对指示器图像被同时激活的情况。
[0057] 在图5A的步骤104中，用于改变本地定位系统的方向向量以将摄像机瞄准目标物 体的处理涉及确定LPS平移倾斜机构的平移和倾斜角并且设置合适的摄像机视场(缩放值） 以确保所有的标记正好在图像帧的范围内。这可以手动进行，通过操作者调节平移、倾斜以 及缩放控制以制定(f rame) LPS摄像机的视场内的指示器灯。可替换地，自动搜寻和制定处 理可以由系统进行以将手动进行的步骤从循环中抽出。该自动处理被显示在图14A-C中，并 且接下来会被描述。如图14A所见，该处理通过设置宽视场角度(θ^并且捕捉标记图案指示 器灯关闭的一幅图像和指示器灯开启的另一幅图像而开始。计算差分图像以确定指示器灯 是否在摄像机的当前视场内，如果发现指示器灯不在摄像机的当前视场内，则使用平移倾 斜机构(未显示)改变LPS瞄准方向以旋转摄像机40以便看到工作空间内的另一个区域，其 中新的视场区域可以部分地重叠先前的视场区域(图14Β所示），在此之后，捕捉环境的两幅 图像，同时如前所述地循环指示器灯。涉及旋转瞄准方向和循环指示器灯的搜索处理继续， 直到标记图案位于环境内。最后步骤（图14C所示)是将瞄准方向定心在灯的范围之间并且 然后缩窄摄像机视场(θ 2)以制定所有的灯。
[0058] 如果目标物体的运动是计算机可控的，那么可以进行以下额外的步骤：（1)计算相 对于目标物体的当前方位的要求的校正移动；（2)将表示方位的期望改变的数据发送到控 制目标物体的运动的一个或多个机载处理器；（3)当目标物体向校正的方位移动时，追踪该 目标物体的增量移动；以及(4)在增量运动测量系统指示目标物体已经到达校正的方位后， 目标物体停止并且然后可以再次运行绝对测量处理以确认目标物体的新的当前方位和校 正的方位都在可配置公差内。
[0059]图7是显示某种系统配置的框图，在所述系统配置中，单个计算机48运行多个处 理。（可替换地，每个处理均可以在分离的计算机或处理器上运行。）单个计算机48被以下软 件编程:LPS控制软件，当LPS控制软件运行时，其能够使计算机作为LPS控制器26;图像处理 软件28;以及履带控制软件，当其运行时，能够使计算机作为履带控制器32。系统操作者可 以通过计算机键盘或其他用户接口硬件36(如，游戏键盘)与计算机48接合。
[0060] LPS控制器26控制LPS硬件22(包含激光范围探测器、视频摄像机以及平移倾斜机 构）的操作。图7中的虚线箭头表示由履带交通工具上激活目标标记生成并且被视频摄像机 看到(在图像获取步骤期间）的光，以及测量处理期间由目标反射给LPS硬件22的激光范围 探测器的激光束。
[0061] 图像处理软件28进行图5A中所示步骤110的执行中所涉及的操作，即，失真函数校 正、图像差分、图像分割以及计算每个图像区段的圆心的像素坐标。该系统进一步包括显示 监视器34以便显示获取的图像。
[0062] 履带控制器32控制履带交通工具10的操作，包含指示器灯的激活、驱动一组麦克 纳姆轮旋转的步进马达的控制以及吸力装置的控制。履带交通工具可以进一步包括一组全 方位轮和相应的一组轮旋转编码器，如关于图1在先前描述的。经由电缆将来自轮旋转编码 器的表示编码器计数的编码器脉冲发送到履带电子系统16的数据获取装置18。履带交通工 具10经由相同的电缆从履带电子系统16的电源20接收电力。
[0063]当履带交通工具10正在移动时，数据获取装置18接收编码器计数并且将它们转换 成具有计算机48可接受格式的信号。基于编码器计数数据，履带控制器32计算绝对角度Θ和 在每个更新步骤改变履带交通工具10的相对位置A Px和△ Py，并且然后使用绝对角度并且 改变相对位置以计算履带交通工具上一点的绝对位置Px和P y。然后使用Θ、A Px以及A Py，可 以通过使用美国专利申请No. 13/796，584公开的旋转矩阵来计算绝对位置。
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