AprilTag二维码检测和定位

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AprilTag简介

AprilTag类似于二维码QR codes（Quick Response Code；全称为快速响应矩阵图码）

AprilTag可用于多种用途，包括相机标定、目标大小估计单目距离测量等。

二维码可以直接用打印机打印在纸张上，不需要特殊材料。

而AprilTag检测程序可以计算相对于相机的三维位置和二维码所承载的ID信息。

参考链接：

AprilTag

apriltag_ros – ROS Wiki

使用前准备-功能包

sudo apt install ros-$ROS_DISTRO-apriltag-ros

为了方便使用，我创建了一个新的功能包用于存放相机启动、标定文件已经apriltag_ros所需要的配置文件

cd ~/catkin_ws/src

git clone https://gitee.com/bingda-robot/apriltag_detection.git

功能包中有launch、config和doc目录

doc目录

存放了tag36h11标签族的标签图像，方便直接取用

config目录

存放相机标定文件ost.yaml和apriltag_ros相关的配置文件

其中settings.yaml文件配置了apriltag检测的标签类型、使用计算机资源等，完整的参数参考wiki链接

tags.yaml文件存放所检测的标签序号、尺寸信息，这里我们设置0、1、2三个标签的信息

standalone_tags:
  [
    {id: 0, size: 0.05},
    {id: 1, size: 0.04},
    {id: 2, size: 0.03},
  ]

aunch目录

camera.launch用于启动相机并载入标定参数和矫正图像，关于相机标定和图像矫正可以参考之前的文章摄像头的标定

使用时需要根据你实际所使用的相机标定结果替换config目录中的相机标定文件ost.yaml

<launch>

	<node name="usb_cam" pkg="usb_cam" type="usb_cam_node" output="screen" >
		<param name="video_device" value="/dev/video0" />
		<param name="image_width" value="640" />
		<param name="image_height" value="480" />
		<param name="pixel_format" value="yuyv" />
		<param name="camera_frame_id" value="usb_cam" />
		<param name="io_method" value="mmap"/>
		<param name="camera_name" value="usb_cam"/>
		<param name="camera_info_url" value="file://$(find apriltag_detection)/config/ost.yaml"/>
	</node>

	<node name="charge_cam_image_proc" pkg="image_proc" type="image_proc" output="screen"  ns="usb_cam" />

	<node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="base_footprint_to_camera"
		args="-0.04 0.0 0.05 -1.57 0.0 -1.57 base_footprint usb_cam 20">
	</node>    

</launch>

continuous_detection.launch参考了apriltag_ros中的示例文件，主要修改了参数文件载入路径和相机名称

<launch>
	<arg name="launch_prefix" default="" /> <!-- set to value="gdbserver localhost:10000" for remote debugging -->
	<arg name="node_namespace" default="apriltag_ros_continuous_node" />
	<arg name="camera_name" default="/usb_cam" />
	<arg name="image_topic" default="image_rect" />

	<!-- Set parameters -->
	<rosparam command="load" file="$(find apriltag_detection)/config/settings.yaml" ns="$(arg node_namespace)" />
	<rosparam command="load" file="$(find apriltag_detection)/config/tags.yaml" ns="$(arg node_namespace)" />

	<node pkg="apriltag_ros" type="apriltag_ros_continuous_node" name="$(arg node_namespace)" clear_params="true" output="screen" launch-prefix="$(arg launch_prefix)" >
		<!-- Remap topics from those used in code to those on the ROS network -->
		<remap from="image_rect" to="$(arg camera_name)/$(arg image_topic)" />
		<remap from="camera_info" to="$(arg camera_name)/camera_info" />

		<param name="publish_tag_detections_image" type="bool" value="true" />      <!-- default: false -->
	</node>
</launch>

使用前准备-标签

将doc目录中的AprilTag_0_1_2.pdf文件按照一比一打印在A4纸上，如有条件，可以将打印后的A4纸贴在亚克力板或者硬纸板上，避免二维码因为纸张弯曲大幅度变形

运行AprilTag检测

尝试启动相机和apriltag检测程序

roslaunch apriltag_detection camera.launch

roslaunch apriltag_detection continuous_detection.launch

打开一个rqt_image_view订阅/tag_detections_image话题，将标签纸放在相机前

检测到的标签会被白色框框出，并标注标签的值

打开rviz，将Fixed Frame设置为base_footprint，rive中会显示标签和相机坐标位置关系

tag_detections话题会输出当前检测的标签位置信息

rostopic echo /tag_detections

通过订阅tag_detections话题或者监听相机坐标相对于标签坐标之间的位置关系，就可以获得标签和相机之间的位置关系，有了这个比较准确的位置关系，可以完成目标跟踪、视觉抓取等应用。

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