[發明專利]一種基于圖形拓撲關系的圓形編碼標志及其識別方法

在審

• 申請號: 201410348728.3
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104154904A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 鄧德彥;朱濤
• 申請（專利權）人: 上海珞琪軟件有限公司
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C11/04
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種近景攝影測量技術領域，特別是關于基于圖形拓撲關系的圓形編碼標志及其識別方法。

背景技術

目前，在工業數字攝影測量領域通常會使用人工標志作為特征點。一方面，人工標志的設計可以避免與背景景物重復，降低了提取的難度，提高了提取的準確性；另一方面，人工標志能夠比較簡單高效的被計算機程序所識別，避免了費時費力的人工手動提取，有效地降低了出錯率。

為了實現工業數字攝影測量的自動化處理，人們引入了編碼標志。編碼標志是一種自身帶有一定編碼信息的人工標志，并且在同一套編碼標志中，每一個編碼標志是唯一的。

因為現場粘貼編碼標志點時，很難要求操作人員嚴格按照某些方向粘貼，拍照時也不能保證相機嚴格按照某一方向進行，所謂圖像上的標志點基本上都會有一定程度的旋轉，這就要求標志點能夠應對不同角度的拍照所產生的標志圖像。

如圖1所示的同心圓環型編碼標志，其外部圓環就是編碼，其解碼過程相對復雜，在解碼過程中圓弧長度誤差影響較大，且整套編碼個數比較少。

如圖2所示的點分布型編碼標志，由五個模板點和三個編碼點組成，模板點用來還原編碼標志點在圖像中的畸變，編碼點用來解碼。此種方法較前一種方法更加可靠，而且編碼個數也較多，但是由于其編碼方法復雜，增加了解碼的難度和計算時間。

如圖3所示的彩色編碼標志，利用顏色信息進行編碼，他的問題在于解碼算法需要處理多種圖形，且拍攝過程中的各種干擾對顏色的影響較大，錯碼出現率較高，給計算增加了不小的難度。

如圖4所示的簡化彩色編碼標志，雖然全部使用了圓形，減少了解碼的計算量，但是依然使用了顏色編碼，抵抗環境干擾仍顯不足。

有鑒于此，任何設計一種圓形編碼標志點以降低識別錯誤并提高計算速度是業內人士亟需解決的問題。

發明內容

針對現有技術中，在對頂管機位置姿態測量中，存在測量誤差較大這一缺陷，本發明提供了一種動態頂管測量導向裝置。

根據本發明的一個方面，提供了一種基于圖形拓撲關系的圓形編碼標志，其中，由位于中心的大圓和圍繞所述大圓均布的編碼小圓組成，各所述編碼小圓的圓心位于與所述大圓同圓心的虛擬圓上，并且所述大圓半徑是所述編碼小圓與所述大圓之間的圓心距的兩倍。

優選地，所述編碼小圓的數量為12個，兩相鄰所述編碼小圓與所述大圓圓心的連線夾角為30°

優選地，整個圖案可按比例縮放。

優選地，是以高反光材料為底，表面覆蓋低反射材料形成。

根據本發明的另一個方面，提供了一種基于圖形拓撲關系的圓形編碼標志的識別方法，其中，包括以下步驟：

(a)將所述圓形編碼標志圖像二值化，并去除大面積白色；

(b)對經過所述步驟(a)處理的圖像進行邊緣提取，提取出中間白四周黑的部分；

(c)對所述步驟(b)中的提取出的所述中間白四周黑的部分的邊緣進行橢圓擬合，保留下符合限定條件的橢圓；

(d)遍歷所述橢圓，根據所述橢圓的長短軸制定搜索范圍，在所述搜索范圍內尋找符合標志點判定關系的編碼橢圓；

(e)對疑似編碼標志點的圖形劃定一個略大于所述編碼標志點的范圍進行重采樣獲取準確的編碼標志點；

(f)以任意小圓為起點，順時針方向以30°為間隔依次尋找小圓，找到記做1，未找到記做0；

(g)將得到的12位二進制數進行順序變換，以得到編碼點旋轉下的各種情況，變換后的結果與設計的編碼庫進行比較，最終得到正確的編碼標志點。

優選地，所述步驟(c)中包括對所述擬合橢圓的點進行最小二乘評價。

優選地，所述步驟(c)中所述的符合限定條件的橢圓為橢圓擬合點最小二乘中誤差小于等于擬合橢圓長半軸1/4的橢圓。

本發明的優點是：

1、編碼采用二值化設計，即只有黑白兩色，易于識別，避免了因為實際拍照和光照影響所產生的顏色變化所造成的識別錯誤。

2、編碼全部采用圓形圖形，降低了由于多種圖形而造成的初步提取難度，提高了計算速度。

3、編碼中大小圓關系簡單，提高了計算的速度。

4、編碼以圓形為編碼圖形，以角度作為主要計算對象，有效地降低了由于物體表面與拍照平面不平行所造成編碼點變形的影響。

5、由于設計時考慮了旋轉的影響，編碼點具有旋轉不變性，所以編碼在發生任意旋轉后都不會產生重復。

附圖說明