一种编码容量可变的编码标志的解码方法技术

本发明专利技术公开了一种编码容量可变的编码标志的解码方法，该编码容量可变的编码标志的四个顶点为特征角点，包括矩形轮廓的编码标志背景，编码标志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，针对此标志本发明专利技术提出的解码方法首先依托数字图像处理技术高效精准的获得标志顶点的亚像素坐标；其次，本发明专利技术提出基于矢量变化的算法，以此为基础确定出各编码圆特征值，进而完成对标志以及标志顶点的唯一性编码。本发明专利技术提出的方法解码效率高，能够有效降低点云拼接、特征点匹配等应用场景的时间成本，除此之外，基于矢量变化的算法使解码方法具有更高的鲁棒性，能够有效促进相机标定、视觉测量等具有高精度需求领域的发展。展。展。

【技术实现步骤摘要】
一种编码容量可变的编码标志的解码方法


[0001]本专利技术涉及计算机视觉中的视觉测量领域，具体为一种编码容量可变的编码标志的解码方法以及编码方法，适用于单目相机标定、传统双目相机标定、虚拟双目相机标定、立体匹配和三维测量等领域。

技术介绍

[0002]计算机视觉被广泛地应用于遥感、光学、测量学等诸多领域，而在视觉测量领域中，既可通过多个编码标志来实现相机标定，又可通过在被测物表面放置编码标志来实现物体的立体匹配、三维测量、点云拼接等。因此，对编码标志的设计与识别是视觉测量中的不可忽视的环节之一。
[0003]优良的编码标志是完成相机标定的前提，同时也影响着三维测量的精度，随着视觉测量技术的发展，同时也为了满足工业测量的需求，编码标志技术得以发展，目前出现的编码标志的类型大多为环形、扇形、圆形等，而这些编码标志在相机拍摄角度不同时，会出现图案变形等问题，进而影响相机标定的结果及测量的精度，此外其编码容量小，无法满足大尺寸物体的测量需求。

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，提出了一种编码容量可变的编码标志的解码方法，能够给予编码标志中的每一个特征角点唯一的编码数，使得在多相机标定的过程中，即使拍摄局部编码标志依然能够完成高精度的同名角点匹配；另外该编码标志中的每个编码标志的编码容量可变，使得编码标志的编码数具有较大的范围，这样既适合一般尺寸又适合大尺寸的物体的三维测量及点云拼接；同时解码方法速度快、时效性高、鲁棒性好。
[0005]为实现上述效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]提供了一种编码容量可变的编码标志的解码方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、利用相机拍摄空间中的N个编码标志，获得编码标志图像，其中N为正整数；
[0008]步骤2、对编码标志图像进行灰度处理得到编码标志灰度图像G1；
[0009]步骤3、利用角点提取算法获得编码标志灰度图像G1所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合A；
[0010]步骤4、对编码标志灰度图像G1进行二值化处理，获得编码标志二值化图像T1，并对编码标志二值化图像T1进行复制备份两份，获得编码标志二值化备份图像T1′
和T1″
；
[0011]步骤5、对编码标志二值化图像T1′
进行连通域标记，将白色连通域中像素个数小于ρ的区域置黑，ρ为正整数，获得无编码信息图像P1；
[0012]步骤6、利用四边形检测算法对无编码信息图像P1进行处理，获得无编码信息图像P1的所有编码标志的个数N及每个编码标志在像素坐标系下的近似特征角点亚像素坐标集合B
q
，q＝1，2，...，N；
[0013]步骤7、以所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合A与无编码信息图像P1的所有编码标志在像素坐标系下的近似角点集合B
q
为输入条件，利用候选角点筛选算法，获得编码标志灰度图像G1中N个编码标志中每个编码标志的特征角点，记每个编码标志的特征角点的亚像素坐标为其中ω为编码标志的编码数，τ为特征角点的顺序编号，τ＝1，2，3，4，记每个特征角点都具有唯一编码号为ω_τ；
[0014]步骤8、取整数变量k并赋值k＝1；
[0015]步骤9、以第k个编码标志的四个特征角点亚像素坐标为输入条件，对编码标志二值化备份图像T1″
进行数字图像处理，获得去除复杂背景图像R
k
；
[0016]步骤10、利用质心像素坐标提取算法，分别获得去除复杂背景图像R
k
中第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标编码容量变化储存圆的质心像素坐标a为正整数，及编码容量变化储存圆的个数CH
k
，方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆质心像素坐标π为正整数，及内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆的个数CD
k
；
[0017]步骤11、以四个特征角点亚像素坐标为输入条件，利用特征角点顺序编号的计算方法获得第k个编码标志的四个特征角点的顺序编号τ，τ＝1，2，3，4；
[0018]步骤12、以第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数CH
k
、利用编码标志编号的计算方法获得第k个编码标志的编码数ω，则得到第k个编码标志的四个特征角点的唯一编码号ω_τ；
[0019]步骤13、若k＜N，令k＝k+1，跳转步骤9顺序执行，否则获得编码标志的所有编码标志的特征角点的唯一编码号ω_τ和对应的亚像素坐标值。
[0020]进一步的，步骤9中，所述数字图像处理方法为：在编码标志二值化备份图像T1″
中，以四个特征角点为顶点作四边形，将四边形区域外的部分置白，获得去除复杂背景图像R
k
。
[0021]进一步的，步骤10中，所述质心像素坐标提取方法主要包括以下具体步骤：
[0022]步骤10.1、对去除复杂背景图像R
k
进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标
[0023]步骤10.2、将作为方向圆环的质心像素坐标
[0024]步骤10.3、将作为待选区域分割圆的质心像素坐标
[0025]步骤10.4、将待选区域分割圆的质心像素坐标作为输入条件，利用编码容量变化储存圆个数计算方法得到编码容量变化储存圆个数CH
k
及编码容量变化储存圆的质心像素坐标则余下的白色连通域的质心像素坐标为区域分割圆的质心像素坐标
[0026]步骤10.5、对去除复杂背景图像R
k
中的方向圆环置黑，并将去除复杂背景图像R
k
进行颜色翻转，再进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标
[0027]步骤10.6、将作为定位圆的质心像素坐标记编码特征圆的个数为将至之间的质心像素坐标作为内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标
[0028]进一步的，步骤10.4中，所述编码容量变化储存圆个数计算方法如下：计算待选区域分割圆质心与定位圆质心的距离，将距离定位圆最近的三个质心坐标筛去，余下的质心像素坐标记为编码容量变化储存圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数为CH
k
。
[0029]进一步的，步骤11中，所述特征角点顺序编号的计算方法主要包括以下具体步骤：
[0030]步骤11.1、在去除复杂背景图R
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用相机拍摄空间中的N个编码标志，获得编码标志图像，其中N为正整数；步骤2、对编码标志图像进行灰度处理得到编码标志灰度图像G1；步骤3、利用角点提取算法获得编码标志灰度图像G1所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合A；步骤4、对编码标志灰度图像G1进行二值化处理，获得编码标志二值化图像T1，并对编码标志二值化图像T1进行复制备份两份，获得编码标志二值化备份图像T1′
和T1″
；步骤5、对编码标志二值化图像T1′
进行连通域标记，将白色连通域中像素个数小于ρ的区域置黑，ρ为正整数，获得无编码信息图像P1；步骤6、利用四边形检测算法对无编码信息图像P1进行处理，获得无编码信息图像P1的所有编码标志的个数N及每个编码标志在像素坐标系下的近似特征角点亚像素坐标集合B
q
，q＝1，2，...，N；步骤7、以所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合A与无编码信息图像P1的所有编码标志在像素坐标系下的近似角点集合B
q
为输入条件，利用候选角点筛选算法，获得编码标志灰度图像G1中N个编码标志中每个编码标志的特征角点，记每个编码标志的特征角点的亚像素坐标为其中ω为编码标志的编码数，τ为特征角点的顺序编号，τ＝1，2，3，4，记每个特征角点都具有唯一编码号为ω_τ；步骤8、取整数变量k并赋值k＝1；步骤9、以第k个编码标志的四个特征角点亚像素坐标为输入条件，对编码标志二值化备份图像T1″
进行数字图像处理，获得去除复杂背景图像R
k
；步骤10、利用质心像素坐标提取算法，分别获得去除复杂背景图像R
k
中第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标μ＝1，2，3，编码容量变化储存圆的质心像素坐标a为正整数，及编码容量变化储存圆的个数CH
k
，方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆质心像素坐标π为正整数，及内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆的个数CD
k
；步骤11、以四个特征角点亚像素坐标为输入条件，利用特征角点顺序编号的计算方法获得第k个编码标志的四个特征角点的顺序编号τ，τ＝1，2，3，4；步骤12、以第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数CH
k
、利用编码标志编号的计算方法获得第k个编码标志的编码数ω，则得到第k个编码标志的四个特征角点的唯一编码号ω_τ；步骤13、若k＜N，令k＝k+1，跳转步骤9顺序执行，否则获得编码标志的所有编码标志的
特征角点的唯一编码号ω_τ和对应的亚像素坐标值。2.据权利要求1所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤9中，所述数字图像处理方法为：在编码标志二值化备份图像T1″
中，以四个特征角点为顶点作四边形，将四边形区域外的部分置白，获得去除复杂背景图像R
k
。3.根据权利要求2所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤10中，所述质心像素坐标提取方法主要包括以下具体步骤：步骤10.1、对去除复杂背景图像R
k
进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标步骤10.2、将作为方向圆环的质心像素坐标步骤10.3、将作为待选区域分割圆的质心像素坐标步骤10.4、将待选区域分割圆的质心像素坐标作为输入条件，利用编码容量变化储存圆个数计算方法得到编码容量变化储存圆个数CH
k
及编码容量变化储存圆的质心像素坐标则余下的白色连通域的质心像素坐标为区域分割圆的质心像素坐标步骤10.5、对去除复杂背景图像R
k
中的方向圆环置黑，并将去除复杂背景图像R
k
进行颜色翻转，再进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标步骤10.6、将作为定位圆的质心像素坐标记编码特征圆的个数为将至之间的质心像素坐标作为内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标4.根据权利要求3所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤10.4中，所述编码容量变化储存圆个数计算方法如下：计算待选区域分割圆质心与定位圆质心的距离，将距离定位圆最近的三个质心坐标筛去，余下的质心像素坐标记为编码容量变化储存圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数为CH
k
。5.根据权利要求2所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤
11中，所述特征角点顺序编号的计算方法主要包括以下具体步骤：步骤11.1、在去除复杂背景图R
k
中找出距离方向圆环质心最远的两个特征角点记...

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