一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法技术

本发明专利技术涉及一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，包括以下步骤：1)编码过程：11)编码倍率的设定；12)编码字典的生成；13)编码标志的生成；2)解码过程：21)编码图像的预处理；22)中心点的提取；23)一维条形码的转换与解码；3)测量过程：在完成解码后，采用改进的傅里叶‑梅林变换算法对两幅图像上编码元的定位标志点上发生的旋转尺度关系与平移量进行解算。与现有技术相比，本发明专利技术具有快速解码、容量可控、定位精确、提升旋转测量精度等优点。

A Coding, Decoding and Measuring Method for Codable Close Range Photogrammetric Markers

The invention relates to a coding, decoding and measuring method for codeable close-range photogrammetric marks, which includes the following steps: 1) coding process: 11) setting of coding rate; 12) generation of coding dictionary; 13) generation of coding marks; 2) decoding process: 21) preprocessing of coding images; 22) extraction of center points; 23) conversion and decoding of one-dimensional barcode; 3) measurement process: decoding is completed; Then, an improved Fourier-Merlin transform algorithm is used to calculate the rotation scale relationship and translation of the location markers of the coded elements on the two images. Compared with the prior art, the invention has the advantages of fast decoding, controllable capacity, accurate positioning, and improving the accuracy of rotation measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法
本专利技术涉及数字近景摄影测量领域，尤其是涉及一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法。
技术介绍
数字近景摄影测量因其良好的可扩展性和强大的功能己逐渐成为目前逆向工程中最适用于现场测量的一种技术，近年来广泛应用于野外场景布控、大型结构监测、工业产品的几何测量与设计制造过程中。随着大尺寸及结构复杂物体测量任务的增多，现有测量系统编码标志也称为编码标志总数的不足已经制约了其整体测量优势的发挥。扩展编码数目、提高数据处理能力，已经成为保证测量精度和工作效率的迫切需要。同时，传统摄影测量标志点的定位信息对外部布控信息存在较高的依赖，需要额外布设控制网，通过多组数据进行测量平差的方式，来获得标志点的几何定位信息。但是仅使用编码标志点自身，传统的编码标志点很难直接获得几何定位信息，尤其是大型结构监测和工业产品测量所需的高精度相对位移和旋转信息。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，包括以下步骤：1)编码过程：11)编码倍率的设定：构建多个扇形一维码的编码元，并且设定其编码倍率；12)编码字典的生成：由多个对应不同编码信息的编码元构成编码字典；13)编码标志的生成；通过多个编码元的组合构成完整的编码标志；2)解码过程：21)编码图像的预处理，从输入的编码标志图像中获得仅含有边缘信息的二值图像；22)中心点的提取：根据仅含有边缘信息的二值图像采用最小二乘的椭圆拟合平差算法获取编码标志的中心点；23)一维条形码的转换与解码：采用给定半径的弧形搜索方法，即以提取的中心点为中心，用给定的半径进行360度的黑白灰度值搜索，将编码标志转换为一维条形码的编码后，根据编码字典各个编码元对应的夹角比及黑白像素值进行遍历匹配，获取完整的编码信息值，完成相应的解码；3)测量过程：在完成解码后，采用改进的傅里叶-梅林变换算法对两幅图像上编码元的定位标志点上发生的旋转尺度关系与平移量进行解算。所述的步骤11)中，每个扇形一维码的编码元由定位标志点和四种不同夹角的扇形图斑排列组合形成，所述的定位标志点由多个和黑白相间同心圆组成，用以实现初步定位，所述的扇形图斑包括宽图斑和窄图斑，具体为窄黑色、窄白色、宽黑色和宽白色，所述的编码倍率δ为宽图斑与窄图斑的所对应的圆心角大小的比值。每个编码元的扇形图斑由三个宽图斑和三个窄图斑构成，每个编码元包含的信息由宽窄图斑的分布和黑白颜色的配置决定。所述的步骤12)中，编码字典的信息包括数字、字母以及及特殊符号，所述的数字与字母用于生成编码信息，所述的特殊符号为编码元左上方第四象限位置的空白区域，用于编码的起止和检校信息的标识。所述的编码字典通过调整编码倍率δ的大小来调节编码字典的容量。所述的步骤21)具体包括以下步骤：211)二值图像的生成：通过给定灰度阈值对输入的编码标志图像进行分割生成二值图像；212)边缘轮廓的提取：通过Canny边缘检测算子从二值图像中提取编码标志的边缘信息。所述的步骤23)中，给定的半径为0.6倍的图斑半径。所述的步骤23)中，搜索过程以任意角度开始，根据搜索路径上得到的最大白色灰度值间隔作为判断编码起止符的标志，并且采用一维条形码的宽窄比代替编码元的夹角比。所述的步骤3)具体包括以下步骤：31)获取原始标志点的参考图像G1与需要测量旋转平移角度的标志点的测量图像G2之间的平移量，具体为：311)分别对原始标志点的参考图像G1与需要测量旋转平移角度的标志点的测量图像G2进行离散傅里叶变换，并计算互功率谱矩阵Q(u,v)，所述的互功率谱矩阵Q(u,v)的计算式为：S2(u,v)＝S1(u,v)exp{-i(ux0+vy0)}其中，S2(u,v)为对应G2图像矩阵中坐标为(x,y)的像素点在离散傅里叶变换后得到的矩阵S2中对应点的结果，S1*(u,v)为G1图像矩阵中坐标为(x,y)的像素点在离散傅里叶变换后得到的矩阵S1的共轭矩阵S*1中对应点的结果，u为离散傅里叶变换后得到的影像的傅里叶矩阵S中的对应点的横坐标，v为离散傅里叶变换后得到的影像的傅里叶矩阵S中的对应点的纵坐标，x0为离散傅里叶变换前的图像矩阵G1和G2的对应点的横坐标方向的位移值，y0为离散傅里叶变换前得到的图像矩阵G1和G2中的对应点的纵坐标方向的位移值；312)对互功率谱矩阵Q(u,v)进行极坐标变换得到相位角矩阵ψ(u,v)，即：ψ(u,v)＝∠Q(u,v)＝ux0+vy0，采用随机采样一致算法进行平面拟合，得到拟合的平面表达式为：a1u+b1v+c1+d1＝0其中，a1、b1、c1为该平面方程的斜率参数，且c1＝0，d1为平面方程的常数项，且d1＝ψ(u,v)；313)对平面方程的斜率参数a和b进行求解，即得到两幅标记点图像的位移值x0＝a和y0＝b；32)通过对数极坐标变换获得图像的旋转尺度关系，包括旋转角度θ0和缩放尺度γ，具体为：321)分别对原始标志点的参考图像G1与需要测量旋转平移角度的标志点的测量图像G2进行对数极坐标转换；322)对极坐标转换后的图像进行离散傅立叶变换得到极坐标下的互功率谱矩阵Q(m,n)，并获取矩阵Q(m,n)的相位角矩阵ψ(m,n)：ψ(m,n)＝∠Q(m,n)＝mlnγ+nθ0；323)对相位角矩阵ψ(m,n)采用随机采样一致算法进行平面拟合后求解平面方程的斜率参数a2和b2，最终获取两幅标记点图像的旋转角度θ0＝b2和缩放尺度在平面拟合前的解缠步骤为：为消除互功率谱数据噪声对相位解缠的影响，所述的傅里叶-梅林变换算法中采用vectorfilteringalgorithm的方法进行去噪，将互功率谱的实部和虚部进行分离，分别使用小窗口的均值滤波去噪，对滤波后的矩阵进行反正切得到去噪后缠绕的相位角矩阵，并且采用基于最小费用网络流的相位解缠算法对相位角矩阵进行解缠。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、快速解码：在本专利技术中提出了一种基于给定半径的弧形搜索策略，实现扇形编码元到一维条形码的快速转换，避免了图像中直线提取过程中不稳定情况的发生，实现编码的快速稳健解码。二、容量可控：在本专利技术中以一种非常实用的同心环式标志点为原型,添加了基于扇形一维码的编码元阵列设计，使其能够进行编码设计。该编码元字典的维度可以根据实际需要进行定制，从而实现编码容量的缩减与扩充。三、定位精确：在本专利技术中使用一种改进的傅里叶-梅林变换算法完成标志点旋转角度和平移距离的精确提取，得到摄影测量标志点的定位信息。四、提升旋转测量精度：本专利技术曹勇随机抽样一致(RANSAC)算法代替最小二乘算法来稳健估计平面模型au+bv-Q(u,v)＝0的参数a和b，只选择符合解缠后的平面模型的数据进行相位偏移值估计，而受偏差影响的数据在稳健估计中作为粗差剔除，从而削弱了相关过程中偏差对最小二乘估计造成的影响，提高了偏移值的精度与稳定性，从而进一步的提升旋转测量的精度。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为编码元字典示意图。图3为两个使用相同编码字典但是含有不同编码信息的编码标志。图4为解码过程的流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)编码过程：11)编码倍率的设定：构建多个扇形一维码的编码元，并且设定其编码倍率；12)编码字典的生成：由多个对应不同编码信息的编码元构成编码字典；13)编码标志的生成；通过多个编码元的组合构成完整的编码标志；2)解码过程：21)编码图像的预处理，从输入的编码标志图像中获得仅含有边缘信息的二值图像；22)中心点的提取：根据仅含有边缘信息的二值图像采用最小二乘的椭圆拟合平差算法获取编码标志的中心点；23)一维条形码的转换与解码：采用给定半径的弧形搜索方法，即以提取的中心点为中心，用给定的半径进行360度的黑白灰度值搜索，将编码标志转换为一维条形码的编码后，根据编码字典各个编码元对应的夹角比及黑白像素值进行遍历匹配，获取完整的编码信息值，完成相应的解码；3)测量过程：在完成解码后，采用改进的傅里叶‑梅林变换算法对两幅图像上编码元的定位标志点上发生的旋转尺度关系与平移量进行解算。

【技术特征摘要】
1.一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)编码过程：11)编码倍率的设定：构建多个扇形一维码的编码元，并且设定其编码倍率；12)编码字典的生成：由多个对应不同编码信息的编码元构成编码字典；13)编码标志的生成；通过多个编码元的组合构成完整的编码标志；2)解码过程：21)编码图像的预处理，从输入的编码标志图像中获得仅含有边缘信息的二值图像；22)中心点的提取：根据仅含有边缘信息的二值图像采用最小二乘的椭圆拟合平差算法获取编码标志的中心点；23)一维条形码的转换与解码：采用给定半径的弧形搜索方法，即以提取的中心点为中心，用给定的半径进行360度的黑白灰度值搜索，将编码标志转换为一维条形码的编码后，根据编码字典各个编码元对应的夹角比及黑白像素值进行遍历匹配，获取完整的编码信息值，完成相应的解码；3)测量过程：在完成解码后，采用改进的傅里叶-梅林变换算法对两幅图像上编码元的定位标志点上发生的旋转尺度关系与平移量进行解算。2.根据权利要求1所述的一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，所述的步骤11)中，每个扇形一维码的编码元由定位标志点和四种不同夹角的扇形图斑排列组合形成，所述的定位标志点由多个和黑白相间同心圆组成，用以实现初步定位，所述的扇形图斑包括宽图斑和窄图斑，具体为窄黑色、窄白色、宽黑色和宽白色，所述的编码倍率δ为宽图斑与窄图斑的所对应的圆心角大小的比值。3.根据权利要求2所述的一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，每个编码元的扇形图斑由三个宽图斑和三个窄图斑构成，每个编码元包含的信息由宽窄图斑的分布和黑白颜色的配置决定。4.根据权利要求1所述的一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，所述的步骤12)中，编码字典的信息包括数字、字母以及及特殊符号，所述的数字与字母用于生成编码信息，所述的特殊符号为编码元左上方第四象限位置的空白区域，用于编码的起止和检校信息的标识。5.根据权利要求1所述的一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，所述的编码字典通过调整编码倍率δ的大小来调节编码字典的容量。6.根据权利要求1所述的一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，所述的步骤21)具体包括以下步骤：211)二值图像的生成：通过给定灰度阈值对输入的编码标志图像进行分割生成二值图像；212)边缘轮廓的提取：通过Canny边缘检测算子从二值图像中提取编码标志的边缘信息。7.根据权利要求1所述的一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，所述的步骤23)中，给定的半径为0.6倍的图斑半径。8.根据权利要求1所述的一种可编码近景摄影测量标志的编码解码与测量方法，其特征在于，所述的步骤23)中，搜索过程以任意角度开始，根据搜索路径上得到的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘玥，
申请(专利权)人：潘玥，上海黑塞智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31