一种环型编码点的识别解码方法技术

本发明专利技术涉及一种环型编码点的识别解码方法，包括以下步骤：采集包含椭圆畸变环形编码点的图像；搜索椭圆畸变环形编码点所在图像ROI；拟合环形编码点的中心椭圆的椭圆图像方程，计算椭圆中心、长短轴与椭圆交点，并构造与之对应的正圆上的点，计算透视变换矩阵；对椭圆畸变环形编码点的ROI进行透视变换，使得产生椭圆畸变的环形编码点区域映射为无椭圆畸变的正圆环图像；对正圆环图像边缘检测，分析几何特征约束，确定极坐标变换的起始点与极轴；以环形编码点的中心圆的圆心为坐标原点，通过起始点确定极径，对正圆环图像进行极坐标变换；通过计算各个部分的角度信息进行解码。本发明专利技术可实现一种环型编码点的快速准确的识别与解码，提供了一种环型编码点的快速准确解码的新途径。码的新途径。码的新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种环型编码点的识别解码方法


[0001]本专利技术涉及一种环型编码点的识别解码方法，可以应用于工业近景测量与 多视摄影测量领域。

技术介绍

[0002]视觉测量中，在被测物体表面分布一些易于识别且具有唯一身份信息的编 码标志点，可以方便、可靠地实现多幅图像之间的标志点的对应匹配。
[0003]1972年，F.A.Russo等开始设计编码标志点，1988年，K.W.Wong等将编码 标志点应用于视觉测量，其后又经过C.T.Schneider等的改进和提高，编码标志 点已经广泛应用于视觉测量中。但是在图像噪声或投影角度较大时，编码标志 点的识别率仍然较低。西北工业大学的段康容等人通过图像像素灰度值比较寻 找编码弧段上的灰度跳变点来计算编码弧段对应的圆心角和弧长，进行编码标 志点解码，但是图像噪声可能会影响编码标志点的正确解码。山东理工大学的 黄雪梅等人提出了一套基于寻找最佳起始点的环形编码标志点解码方法，通过 构造解码椭圆、坐标逆变换、寻找最佳起始点、读取并输出编码带信息等步骤， 较精确地实现标志点的解码，但是这种方法在构造解码椭圆的过程中受噪声影 响较大。中国科学技术大学的李晓峰等人采用了提取编码点局部ROI进行极坐 标变换完成解码的方式，这种方法没有考虑环形编码点椭圆化带来的误差，只 能针对相机轴线与编码点平面法线夹角很小的情况，适应性不足鲁棒性差。

技术实现思路

[0004]针对现有实际需要，本专利技术要解决的技术问题是针对的是中央圆形定位点 及与其同心的环状编码带构成的环形编码点的解码过程，考虑实际采集图像时 相机轴线与编码点平面法线存在夹角的情况。提供一种高效、准确、鲁棒的环 型编码点的识别解码方法。本专利技术通过图像透视变换校正椭圆畸变，寻找合理 的解码起始点与方向，对图像进行极坐标变换，通过角度信息迅速准确的完成 解码过程。即通过全局确定环形编码点的局部ROI，对环型编码点的中心圆部 分进行椭圆拟合，构造投影圆，计算透视变换所需对应点，对局部ROI进行透 视变换，实现了椭圆的畸变校正，通过定义起始点与极坐标变换方向，对图像 进行极坐标变换，最后通过角度信息实现迅速解码。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种环型编码点的识别解码 方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将若干环形编码点黏贴于物体表面，采集摄像机角度下产生椭圆畸变 若干环形编码点的全局图像；
[0007]S2：从全局图像分离出各个椭圆畸变的环形编码点图像，进一步筛选出所 在的各个局部ROI；
[0008]S3：拟合椭圆畸变的环形编码点的中心椭圆方程，计算椭圆长短轴与椭圆 交点，并构造椭圆校正后的对应点，计算透视变换矩阵；对包含椭圆畸变环形 编码点的ROI图像
进行透视变换，使得带有中心椭圆区域、环带椭圆的畸变环 形编码点映射为包含中心圆、圆环带区域的环形编码点图像；
[0009]S4：对椭圆畸变校正后的环形编码点图像的环带区域进行边缘检测获取轮 廓线；通过几何约束分析筛选确定极坐标变换的起始点与极轴，并对正圆环图 像进行极坐标变换；
[0010]S5：对环形编码点的极坐标图像，计算各部分的角度信息、并结合编码区 域的灰度完成解码过程。
[0011]所述环形编码点包括中心圆区域、环带区域；所述中心圆区域的外边界线、 环带区域的内边界线、外边界线为三个同心圆，各同心圆半径不等且依次增加， 在环带区域均匀设有若干分割线，所述分割线的延长线过同心圆圆心，所述分 割线将环带区域均分为若干个小区块；所述中心圆区域涂颜色A，中心圆区域 与环带区域之间的区域、环带区域外边界之外区域涂颜色B，所述环带区域的各 个小区块可分别随机涂颜色A或颜色B，所述颜色A、颜色B进行二值化处理 后分别为白色、黑色或黑色、白色。
[0012]所述中心圆区域的圆心位置用于确定该环形编码点的位置坐标，所述环带 区域用于确定环状编码点的身份信息：若颜色A对应编码1、颜色B对应编码0， 则所述环带区域逆时针或顺时针方向均可表示为一串由“1”或“0”组成的字 符串。
[0013]所述从全局图像分离出各个产生椭圆畸变的环形编码点图像是采用canny 检测出所有椭圆，并采用最小二乘拟合椭圆中心坐标从而进一步区分各个产生 椭圆畸变的环形编码点。
[0014]所述进一步筛选出所在的各个局部ROI，包括：
[0015]a.计算当前畸变环形编码点图像的中心椭圆区域的面积、周长是否在阈值范 围内，筛选中心椭圆候选点云；
[0016]b.根据已知的中心圆内外颜色能带来的灰度差别，比较筛选得到的中心椭圆 候选点云的内外灰度，剔除噪声实现二次筛选；
[0017]c.对于任意一个经过二次筛选的中心椭圆候选点云所在的畸变图像，判断 是否包含中心椭圆和环带椭圆，若是则保留当前畸变图像为局部ROI，否则剔 除仅包含中心椭圆的噪声畸变图像。
[0018]所述判断是否包含中心椭圆和环带椭圆，包括：
[0019]依次以中心椭圆长半轴为半径获取局部ROI，在局部ROI内边缘检测与拟 合椭圆，如果当前局部ROI内拟合的椭圆边缘，能够与中心椭圆的边缘重合， 则说明当前局部ROI内只包含一个椭圆形对象、不包含椭圆环对象，则当前椭 圆图像为噪声，删除；如果当前局部ROI内拟合的椭圆边缘，不与中心椭圆的 边缘重合且包含中心椭圆，说明当前局部ROI内包含椭圆环对象，则保留；完 成环形编码点局部ROI的最终选取。
[0020]所述拟合畸变的环形编码点的中心椭圆方程，计算椭圆长短轴与椭圆交点， 并构造椭圆校正后的对应点，计算透视变换矩阵，包括：
[0021]对经过上述形状和尺寸准则筛选后的轮廓进行椭圆拟合，椭圆一般方程可 表示为：
[0022]Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F＝0
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(1)
[0023][0024]其中，x0与y0是椭圆中心坐标，a与b是椭圆的长轴与短轴，θ是长轴与X 轴夹角；
[0025]为了校正椭圆畸变，使得图像映射变换为正圆图像，需要构造一个新的圆， 这里以椭圆中心为圆心，椭圆长轴为直径，则可以对椭圆短轴方向进行拉伸， 构造对应点；
[0026]计算透视变换矩阵需要4对对应点，其中椭圆位于长轴上的2个点作为前 后不变的对应点：p1、p2，椭圆校正后的点为q1、q2；其中p1、p2与q1、q2 分别完全相同；椭圆位于短轴上的2个点p3，p4，根据向量法则可以计算得到 椭圆校正后的点q3、q4坐标，如下：
[0027][0028][0029][0030]其中，点O是椭圆中心，d是长半轴与短半轴的差，与是发生椭圆 畸变的短轴向量。
[0031]所述对环形编码点图像的环带区域进行边缘检测获取轮廓线，包括：
[0032]是通过canny算子进行边缘检测与分割，得到环状编码带的各个边缘。
[0033]所述通过几何约束分析筛选确定的极坐标变换的起始点与极轴，并对正圆 环图像进行极坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环型编码点的识别解码方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将若干环形编码点黏贴于物体表面，采集摄像机角度下产生椭圆畸变若干环形编码点的全局图像；S2：从全局图像分离出各个椭圆畸变的环形编码点图像，进一步筛选出所在的各个局部ROI；S3：拟合椭圆畸变的环形编码点的中心椭圆方程，计算椭圆长短轴与椭圆交点，并构造椭圆校正后的对应点，计算透视变换矩阵；对包含椭圆畸变环形编码点的ROI图像进行透视变换，使得带有中心椭圆区域、环带椭圆的畸变环形编码点映射为包含中心圆、圆环带区域的环形编码点图像；S4：对椭圆畸变校正后的环形编码点图像的环带区域进行边缘检测获取轮廓线；通过几何约束分析筛选确定极坐标变换的起始点与极轴，并对正圆环图像进行极坐标变换；S5：对环形编码点的极坐标图像，计算各部分的角度信息、并结合编码区域的灰度完成解码过程。2.根据权利要求1所述的一种环型编码点的识别解码方法，其特征在于，所述环形编码点包括中心圆区域、环带区域；所述中心圆区域的外边界线、环带区域的内边界线、外边界线为三个同心圆，各同心圆半径不等且依次增加，在环带区域均匀设有若干分割线，所述分割线的延长线过同心圆圆心，所述分割线将环带区域均分为若干个小区块；所述中心圆区域涂颜色A，中心圆区域与环带区域之间的区域、环带区域外边界之外区域涂颜色B，所述环带区域的各个小区块可分别随机涂颜色A或颜色B，所述颜色A、颜色B进行二值化处理后分别为白色、黑色或黑色、白色。所述中心圆区域的圆心位置用于确定该环形编码点的位置坐标，所述环带区域用于确定环状编码点的身份信息：若颜色A对应编码1、颜色B对应编码0，则所述环带区域逆时针或顺时针方向均可表示为一串由“1”或“0”组成的字符串。3.根据权利要求1所述的一种环型编码点的识别解码方法，其特征在于，所述从全局图像分离出各个产生椭圆畸变的环形编码点图像是采用canny检测出所有椭圆，并采用最小二乘拟合椭圆中心坐标从而进一步区分各个产生椭圆畸变的环形编码点。4.根据权利要求1所述的一种环型编码点的识别解码方法，其特征在于，所述进一步筛选出所在的各个局部ROI，包括：a.计算当前畸变环形编码点图像的中心椭圆区域的面积、周长是否在阈值范围内，筛选中心椭圆候选点云；b.根据已知的中心圆内外颜色能带来的灰度差别，比较筛选得到的中心椭圆候选点云的内外灰度，剔除噪声实现二次筛选；c.对于任意一个经过二次筛选的中心椭圆候选点云所在的畸变图像，判断是否包含中心椭圆和环带椭圆，若是则保留当前畸变图像为局部ROI，否则剔除仅包含中心椭圆的噪声畸变图像。5.根据权利要求4所述的一种环型编码点的识别解码方法，其特征在于，所述判断是否包含中心椭圆和环带椭圆，包括：依次以中心椭圆长半轴为半径获取局部ROI，在局部ROI内边缘检测与拟合椭圆，如果当前局部ROI内拟合的椭圆边缘，能够与中心椭圆的边缘重合，则说明当前局部ROI内只包
含一个椭圆形对象...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，夏仁波，赵吉宾，陈月玲，于彦凤，付生鹏，张天宇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：