对物体身份识别和朝向信息计算的标志结构及识别方法技术

本发明专利技术一种对物体身份识别和朝向信息计算的标志结构及识别方法。所述结构包括色块、条码部和三角部粘附于一基体表面；两个色块位于基体的顶部和底部；条码部和三角部位于第一色块和第二色块之间。结构的识别方法是对原始图像进行畸变校正；对两个色块进行颜色识别；对中部区域进行提取；对灰度直方图进行变换并二值化；对中部区域中的条码部进行读码操作；对中部区域中的三角部分析，计算朝向信息角。本发明专利技术在检测上以颜色识别为基础提高了标志的识别速度，条码部以条纹表示二进制数编号，其位数灵活可变，足以区分多个目标，利用三角部计算朝向信息角快速、鲁棒。因此，本发明专利技术适合用于一些需要进行身份识别及朝向信息计算并要求实时性的场合。

Signature structure and identification method for object identification and orientation information calculation

The invention relates to a mark structure and an identification method for object identification and orientation information calculation. The structure comprises a color block, a bar code part and a triangle part adhered to a base surface; the two color blocks are positioned at the top and the bottom of the basal body; the bar code part and the triangle part are positioned between the first color block and the second color blocks. Identification method of structure is the original image distortion correction; color recognition of two colors of the central region; extraction; the gray histogram transformation and binarization of the central region; in code read code operation; on the part of the central region of the triangle, towards information angle calculation. The present invention in the detection of color recognition based on improved symbol recognition speed, barcode to fringe binary representation of numbers, the number of flexible, sufficient to distinguish multiple targets, calculating the orientation information fast and robust using triangular angle. Therefore, the invention is suitable for occasions where identity identification and information computing are required and real-time performance is required.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于身份识别以及朝向信息计算的柱状人工标志及其识别方法。
技术介绍
在智能机器人的实际应用中，机器人需要对利用视觉系统对物体进行识别，并获取与物体的想相对位置关系，以便采取相应的控制策略。在目前的技术条件下，使机器人利用其视觉系统识别环境中的各种自然物体还存在很大困难，因此，为了保证识别时的准确性和可靠性，通常采用人工标志对需要进行识别的物体进行标识。目前的人工标志多数采用单一颜色，在识别上可靠性不够，在区分多个目标时存在困难，而且单一颜色的标志智能提供距离信息，针对这种情况，有必要设计一种能够快速识别并且能提供足够的身份识别信息如编号以及朝向信息的新型标志。这种新型标志可以应用于多种场合，例如，在完成多机器人协作任务时，各个机器人利用这种标志能够快速识别处于多机器人系统中的其它机器人的身份和朝向信息，从而合理地规划自己的行为；对于军事中应用的智能弹药系统，为了能够控制智能弹药准确地对敌方目标进行攻击，也可以采用这种标志对智能弹药进行标识，从而更好地控制弹药的攻击行为。
技术实现思路
为了有效地解决利用机器视觉系统对物体身份进行识别以及朝向信息进行计算的问题，本专利技术的目的是设计一种简单有效的人工标志以及对应识别方法，能够快速、鲁棒的识别出以该标志标识的物体，并能计算出相对于该物体的朝向信息角，本专利技术提出一种对物体身份识别和朝向信息计算的标志结构及其识别方法。 为了实现所述目的，本专利技术一方面提供了种对物体身份识别和朝向信息计算的标志结构，由基体、色块、条码部和三角部组成；所述色块、条码部和三角部粘附于一基体表面；所述色块包含第一色块和第二色块两部分，分别位于基体的顶部和底部；所述条码部和三角部位于第一色块和第二色块之间，条码部用于标识物体身份，三角部用于计算物体朝向信息角。 其中，所述第一色块和第二色块为矩形图案，由两种不同颜色构成。 其中，所述条码部的条纹由对比度相差大的两种颜色组成，其深色条纹代表0和浅色条纹代表1组成该条码部表示的编号。 其中，所述三角部由对比度相差大的两种颜色组成，其图案为一浅色矩形上覆盖一深色等腰三角形，该等腰三角形的高与矩形宽相等，三角形的底边长与矩形长相等，且底边与矩形的一边对齐。 其中，所述基体为圆柱基体，且选择圆柱半径，使色块、条码部和三角部覆盖圆柱基体外表面。 为了实现所述目的，本专利技术另一方面提供一种对物体身份识别和朝向信息计算标志结构的识别方法，包括如下步骤 步骤1将获取的原始图像进行校正，去除镜头畸变引起的成像失真； 步骤2对标志结构的颜色进行识别，找出两个色块区域在图像中的位置； 步骤3对两个色块区域间的中部区域进行提取并缩放到标准尺寸； 步骤4对中部区域进行灰度直方图变换，用于改善其成像对比度； 步骤5对直方图变换后的中部区域进行二值化； 步骤6对二值化后中部区域中的条码部进行读码操作； 步骤7对二值化后中部区域中的三角部进行分析，计算成像时摄像机对于标志的朝向信息角。 其中所述的颜色识别包括步骤如下 步骤21将原始图像转换到某个颜色空间； 步骤22利用已经标定好的颜色查找表产生原始图像的颜色索引图，每个索引值代表了一种颜色； 步骤23对原始图像的索引图进行连通域分析，算出索引图中各种颜色区域的质心及边界； 步骤24对原始图像的索引图中的所有区域进行判断，如果有两个区域质心相近，大小相近，且索引值与标志所使用的颜色种类对应，则这两个区域就是标志的色块区域。 其中所述的提取中部区域包括步骤如下 步骤31根据色块区域的边界初步确定中部区域的上下边界； 步骤32在原始图像的索引图中用确定的边界查找精确边界； 步骤33利用边界计算标准图像中像素点和原始图像中的点对应关系，并对标准图中的像素点赋值，从而得到原始图像两色块间的中部区域对应的标准图。 其中所述的读码操作包括步骤如下 步骤61根据已知的比例从标准图中分离出条码部； 步骤62按照条码部所代表编号对应二进制数的位数将条码区自上而下等分为n份； 步骤63每个等分后的区域中，如果深色区大于浅色区超过40％，该区域对应的比特位置1，如果浅色区大于深色区超过40％，对应的比特位置0，如果都不是则不对该位置赋值； 步骤64如果所有比特位均有值，将该二进制数转换为十进制即为该条码部表示的编号，否则认为在颜色识别中发生了错误。 其中所述计算朝向信息角的步骤包括如下 步骤71根据已知的比例从标准图中分离出三角部； 步骤72提取三角部的中部区域，该中部区域高度与三角部的高度相同，长度为n个像素，该长度根据实际情况调整，计算深色占该区域的百分比为D％，则当前朝向信息角的绝对值为(1-D％)×180°； 步骤73统计提取的中部区域两侧的深色像素的多少，用于判断三角部中边缘的斜率，斜率为正则朝向信息角符号为正，反之为负。 本专利技术的积极效果本专利技术设计上使用了色块，在检测上利用了颜色识别的方法，可以大大提高将标志从环境中提取出来的速度，条码部包含的条纹数代表了二进制数的位数，灵活可变，可以保证包含信息量足够区分常规任务下的多个目标，利用三角部计算朝向信息角快速、鲁棒。因此，本专利技术适合用于一些需要进行身份识别及朝向信息计算并要求实时性的场合，如标识多机器人系统中的各个机器人等。 附图说明 图1是本专利技术的圆柱基体一个实例的侧面展开图； 图2是本专利技术实际采集的一幅包含标志结构的图像； 图3是本专利技术识别方法的流程示意图； 图4是本专利技术识别时经过校正后的图像； 图5是本专利技术颜色识别的结果，其中的矩形框标出了识别出的色块； 图6是本专利技术提取标志中部区域的结果； 图7是本专利技术二值化的结果； 图8是本专利技术读取码值的示意图； 图9是本专利技术计算朝向信息角的示意图。 具体实施例方式 下面结合附图详细说明本专利技术技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。 图1所示为一个标志结构的实例的侧面展开图，图中包含第一色块11、第二色块12、条码部2、三角部3和基体4，其中 所述色块、条码部2和三角部3粘附于一基体4表面；所述条码部2和三角部3位于第一色块11和第二色块12之间，条码部2用于标识物体身份，三角部3用于计算物体朝向信息角。 标志结构中，第一色块11和第二色块12为矩形图案，分别位于标志结构的顶部和底部，这两部分颜色不同，在本实施例中第一色块11的颜色在称呼时以A代之，第二色块12的颜色以B代之，色块颜色选择的其他形式不再赘述； 其中条码部2的条纹由对比度相差大的两种颜色组成，其深色条纹代表0和浅色条纹代表1组成该条码部2表示的编号。本实例中条码部2为黑白条纹组成的图案，黑色代表二进制1，白色代表二进制0，该例中包含五条条码，最多可以标识25＝32个物体，图中的条码部代表二进制数为01010，其编号为10，条码部2颜色选择的其他形式不再赘述； 其中三角部3由对比度相差大的两种颜色组成，其图案为一浅色矩形上覆盖一深色等腰三角形，该等腰三角形的高与矩形宽相等，三角形的底边长与矩形长相等，且底边与矩形的一边对齐。本实例中三角部3，位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对物体身份识别和朝向信息计算的标志结构，其特征是：由基体、色块、条码部和三角部组成；　所述色块、条码部和三角部粘附于一基体表面；　所述色块包含第一色块和第二色块两部分，分别位于基体的顶部和底部；　所述条码部和三角部位于 第一色块和第二色块之间，条码部用于标识物体身份，三角部用于计算物体朝向信息角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：原魁，郑睿，李园，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]