用于视觉定位的编码容量可变的编码标志及其编码方法技术

本发明专利技术公开了一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志及其编码方法，此编码容量可变的编码标志内部由编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元组成，编码单元用于对标志进行编码以及对标志轮廓的四个顶点进行唯一性命名，定位单元用于判断编码单元具体位置信息，编码容量变化存储单元用于实现标志编码容量可变的功能。本发明专利技术中各编码组合图案的位置通过矢量位置关系确定，因此该标志图像在经过仿射变换后能够具有很好的稳定性，同时，本发明专利技术引入了编码容量变化存储单元，使标志具有较大编码容量，进一步扩大了实际应用场景，此外，本发明专利技术提出的标志可实现亚像素级图像坐标提取，能够促进完成高精度的视觉测量、三维点云拼接等实际应用。拼接等实际应用。拼接等实际应用。

【技术实现步骤摘要】
用于视觉定位的编码容量可变的编码标志及其编码方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉中的视觉测量领域，具体为一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志以及编码方法，适用于相机标定、目标特征提取、视觉3D测量和视觉3D定位等领域。

技术介绍

[0002]在视觉测量的实际生产应用中，由于视场角度、视场分辨率等一列的复杂生产场景问题的共同作用下，导致出现了待测物体特征点匹配与提取难度较高等问题，进一步的也影响了视觉测量的结果。因此，在视觉测量过程中，待测物体特征点的匹配与提取成为了重要研究对象，因为其不仅影响测量效率，同时也决定着测量精度。
[0003]编码标志除了具有较为明显的特征点，同时，也可储存信息，因此，编码标志被人们用在了视觉测量的领域中，将编码标志附着于被测物体表面逐步解决了特征点匹配与提取难度较高等一系列实际生产问题，随着视觉测量技术的飞速发展，编码标志在视觉测量领域中逐渐起到了至关重要的作用。然而现存的编码标志也存在不容忽视的缺点：由于当下的编码标志为了满足测量要求，大多为环形、圆形、扇形等形状，而这些编码标志在不同的拍摄角度下会出现图案变形等问题，进而影响测量精度，此外其携带信息即编码容量小，无法满足需要大量编码标志的测量场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服现有编码标志的缺陷，提出了一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志以及编码方法，有助于实现视觉测量中待测物体特征点的快速匹配与高精度提取，同时，本专利技术提出的编码标志具有编码容量可变的特点，拥有较大的编码容量，适用于多样的测量场景。
[0005]为实现上述效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]提供了一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，包括矩形轮廓的背景，所述背景上分别设置有编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元；
[0007]所述定位单元用于判断编码单元具体位置信息，包括位于背景上的定位圆和位于定位圆外侧并与定位圆同心设置的定位圆环，所述定位圆环内设置有一个方向圆环和三个区域分割圆，且方向圆环圆心与定位圆的圆心连线平行于背景的某一边线；
[0008]所述编码单元用于为编码标志编码以及对编码标志背景的四个顶点进行唯一性命名，包括内编码区域和外编码区域，所述内编码区域包括位于定位圆和定位圆环之间的内编码区域闭合圆环、设置于内编码区域闭合圆环内的X个轮廓相同的内编码区域编码特征圆，所述外编码区域包括位于定位圆环外侧的外编码区域闭合圆环、设置于外编码区域闭合圆环内的Y个轮廓相同的外编码区域编码特征圆，其中，X、Y均为正整数；
[0009]所述编码容量变化存储单元用于实现所述编码标志编码容量可变的功能，包括位于外编码区域闭合圆环外侧的K个编码容量变化储存圆，各个编码容量变化储存圆的圆心
位于同一直线上，此直线垂直于方向圆环圆心与定位圆的圆心连线，且位于定位圆远离方向圆环的一侧，其中，K为非负整数。
[0010]进一步的，所述内编码区域编码特征圆的圆心均匀分布在内编码区域闭合圆环的中线上，且各个内编码区域编码特征圆之间不重叠、不连通。
[0011]进一步的，所述外编码区域编码特征圆的圆心均匀分布在外编码区域闭合圆环的中线上，且各个外编码区域编码特征圆之间不重叠、不连通。
[0012]进一步的，所述方向圆环和区域分割圆的圆心均匀分布在定位圆环的中线上，且方向圆环与区域分割圆之间、区域分割圆与区域分割圆之间均不重叠、不连通。
[0013]进一步的，相邻两个所述编码容量变化储存圆之间等距分布，且各个编码容量变化储存圆之间不重叠、不连通。
[0014]进一步的，所述背景的颜色为C1；
[0015]所述内编码区域闭合圆环的颜色为C2，内编码区域编码特征圆的颜色为C3或C9，且C2、C3与C9相互之间有着明显颜色差异；
[0016]所述外编码区域闭合圆环的颜色为C4，外编码区域编码特征圆的颜色为C5或C
10
，C4、C5与C
10
相互之间有着明显颜色差异；
[0017]所述定位圆环的颜色为C6，区域分割圆的颜色为C7，C6与C7有着明显颜色差异；
[0018]所述定位圆的颜色为C8，C8与C2之间、C2与C6之间、C6与C4之间、C1与C4之间均有着明显差异。
[0019]进一步的，所述定位圆的圆心位于背景的中心处，所述定位圆、内编码区域闭合圆环、定位圆环和外编码区域闭合圆环的圆心重合，且由内而外依次毗邻衔接。
[0020]还提供了一种基于所述的用于视觉定位的编码容量可变的编码标志的编码方法，包括以下步骤：
[0021]步骤1、记编码容量可变的编码标志R的编码数N
R
初始值为0，在编码标志R中确定出定位圆的圆心O
d
与方向圆环圆心O
r
，以定位圆的圆心O
d
为坐标原点建立平面直角坐标系X
‑
O
d
‑
Y，其中方向圆环圆心O
r
处于Y轴负半轴上，确定出方向向量X轴正半轴处于方向向量的逆时针90
°
处；
[0022]步骤2、通过平面直角坐标系X
‑
O
d
‑
Y将编码标志R分成四个区域，处于平面直角坐标系X
‑
O
d
‑
Y四个象限的区域分别记为编码区域R_I、编码区域R_II、编码区域R_III和编码区域R_IV；
[0023]步骤3、将编码标志R的矩形轮廓的四个顶点根据对应所处的编码区域分别记为D
R_I
、D
R_II
、D
R_III
和D
R_IV
；
[0024]步骤4、将圆心处在X轴正半轴上的区域分割圆的圆心记为点O
xz
，将圆心处在X轴负半轴上的区域分割圆的圆心记为点O
xf
，将圆心处在Y轴正半轴上的区域分割圆的圆心记为点O
yz
，确定出向量
[0025]步骤5、按照编码区域R_I、编码区域R_II、编码区域R_III和编码区域R_IV的顺序，依次记出现在各个编码区域内的内编码区域编码特征圆的个数累计值为t
γ
，t
γ
为正整数，γ＝1，2，3，4；
[0026]将定位圆的圆心O
d
分别与各个内编码区域编码特征圆圆心相连，依次形成编码向其中，i＝1，2，3
…
t
γ
，ζ＝I，II，III，IV；
[0027]根据下述公式计算出各编码向量与象限方向向量的编码角
[0028][0029]其中，ζ＝I时，γ＝1，象限方向向量取向量
[0030]ζ＝II时，γ＝2，象限方向向量取向量
[0031]ζ＝III时，γ＝3，象限方向向量取向量
[0032]ζ＝IV时，γ＝4，象本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，其特征在于：包括矩形轮廓的背景，所述背景上分别设置有编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元；所述定位单元用于判断编码单元具体位置信息，包括位于背景上的定位圆和位于定位圆外侧并与定位圆同心设置的定位圆环，所述定位圆环内设置有一个方向圆环和三个区域分割圆，且方向圆环圆心与定位圆的圆心连线平行于背景的某一边线；所述编码单元用于为编码标志编码以及对编码标志背景的四个顶点进行唯一性命名，包括内编码区域和外编码区域，所述内编码区域包括位于定位圆和定位圆环之间的内编码区域闭合圆环、设置于内编码区域闭合圆环内的X个轮廓相同的内编码区域编码特征圆，所述外编码区域包括位于定位圆环外侧的外编码区域闭合圆环、设置于外编码区域闭合圆环内的Y个轮廓相同的外编码区域编码特征圆，其中，X、Y均为正整数；所述编码容量变化存储单元用于实现所述编码标志编码容量可变的功能，包括位于外编码区域闭合圆环外侧的K个编码容量变化储存圆，各个编码容量变化储存圆的圆心位于同一直线上，此直线垂直于方向圆环圆心与定位圆的圆心连线，且位于定位圆远离方向圆环的一侧，其中，K为非负整数。2.据权利要求1所述的一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，其特征在于：所述内编码区域编码特征圆的圆心均匀分布在内编码区域闭合圆环的中线上，且各个内编码区域编码特征圆之间不重叠、不连通。3.根据权利要求1所述的一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，其特征在于：所述外编码区域编码特征圆的圆心均匀分布在外编码区域闭合圆环的中线上，且各个外编码区域编码特征圆之间不重叠、不连通。4.根据权利要求1所述的一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，其特征在于：所述方向圆环和区域分割圆的圆心均匀分布在定位圆环的中线上，且方向圆环与区域分割圆之间、区域分割圆与区域分割圆之间均不重叠、不连通。5.根据权利要求1所述的一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，其特征在于：相邻两个所述编码容量变化储存圆之间等距分布，且各个编码容量变化储存圆之间不重叠、不连通。6.根据权利要求1所述的一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，其特征在于：所述背景的颜色为C1；所述内编码区域闭合圆环的颜色为C2，内编码区域编码特征圆的颜色为C3或C9，且C2、C3与C9相互之间有着明显颜色差异；所述外编码区域闭合圆环的颜色为C4，外编码区域编码特征圆的颜色为C5或C
10
，C4、C5与C
10
相互之间有着明显颜色差异；所述定位圆环的颜色为C6，区域分割圆的颜色为C7，C6与C7有着明显颜色差异；所述定位圆的颜色为C8，C8与C2之间、C2与C6之间、C6与C4之间、C1与C4之间均有着明显差异。7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种用于视觉定位的编码容量可变的编码标志，其特征在于：所述定位圆的圆心位于背景的中心处，所述定位圆、内编码区域闭合圆环、定位圆环和外编码区域闭合圆环的圆心重合，且由内而外依次毗邻衔接。8.一种基于权利要求1至7任一项所述的用于视觉定位的编码容量可变的编码标志的
编码方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、记编码容量可变的编码标志R的编码数N
R
初始值为0，在编码标志R中确定出定位圆的圆心O
d
与方向圆环圆心O
r
，以定位圆的圆心O
d
为坐标原点建立平面直角坐标系X
‑
O
d
‑
Y，其中方向圆环圆心O
r
处于Y轴负半轴上，确定出方向向量X轴正半轴处于方向向量的逆时针90
°
处；步骤2、通过平面直角坐标系X
‑
O
d
‑
Y将编码标志R分成四个区域，处于平面直角坐标系X
‑
O
d
‑
Y四个象限的区域分别记为编码区域R_I、编码区域R_II、编码区域R_III和编码区域R_IV；步骤3、将编码标志R的矩形轮廓的四个顶点根据对应所处的编码区域分别记为D
R_I
、D
R_II
、D
R_III
和D
R_IV
；步骤4、将圆心处在X轴正半轴上的区...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱华炳，陈勇，殷玉龙，周力炜，刘凯，符宏伟，陈淳，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：