[發(fā)明專利]高魯棒性的標志點解碼方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104299249A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 劉曉利;姚夢婷;殷永凱;彭翔
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00;G06T7/00
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 陳健

技術領域

本發(fā)明屬于圖像處理技術領域，尤其涉及一種高魯棒性的標志點解碼方法及系統(tǒng)，用于多傳感器網(wǎng)絡中大尺寸物體三維形貌的拼接和匹配。

背景技術

在計算機視覺和三維測量中，對于大尺寸的三維物體，需要多個圖像傳感器從多個角度對三維物體進行數(shù)據(jù)采集才能得到完整的三維形貌。而在這樣的多傳感器網(wǎng)絡中，采用全局控制網(wǎng)絡的全局匹配方法，將不同視角的深度數(shù)據(jù)變換到統(tǒng)一的參考坐標系的方法來完成多視場匹配，那么匹配的精確性是提高三維數(shù)據(jù)拼接正確率的重要環(huán)節(jié)。

人工標志點作為重要的圖像特征，廣泛應用于相機標定、三維重建、深度數(shù)據(jù)匹配等3DIM的重要領域。其中，圓形標志點以其定位精度高、易于識別的優(yōu)點的到了廣泛的應用。

不同視場的圖像之間點對應關系的確立(對應點匹配)是基于立體視覺的三維重建的基礎。但是普通(非編碼)標志點只是一個圓點，其所成的像一般是橢圓，相互之間無法在形態(tài)上進行區(qū)分，對于沒有任何先驗知識(未經(jīng)標定)的立體視覺系統(tǒng)，無法實現(xiàn)非編碼標志點的對應匹配。因此需要設計外觀有區(qū)別的標記點——編碼標志點，通過外觀為每個標志點確立不同的編碼值，使每個編碼標志點具有唯一的身份信息以確立編碼點之間的對應關系。自上個世紀以來，編碼標志點已經(jīng)在數(shù)字近景工業(yè)攝影測量中得到了廣泛的應用。

編碼標志點的設計方案主要分為兩大類：如圖1(a)、圖1(b)示出的同心圓(環(huán))式和圖1(c)、圖1(d)點示出的分布式。在實際應用方面，美國GSI公司的V-STAR系統(tǒng)采用的是Hattori編碼標志點(圖1(c))；德國AICON?3D公司的DPA-Pro系統(tǒng)采用的是Schneider編碼標志點(圖1(b))，目前DPA-Pro系統(tǒng)至少被兩家公司集成在自己的相關產品中：

(1)德國GOM公司的TRITOP系統(tǒng)；

(2)德國Steinbichler公司的COMMET系統(tǒng)。

后來國內外諸多學者進行了研究，在Schneider標志的基礎之上，國內學者Zhou設計了雙層編碼環(huán)帶的標志點，上海交通大學的張義力在“逆向工程數(shù)據(jù)獲取中測量參考點的設計與自動檢測關鍵技術研究”中設計了編碼環(huán)帶14等分間隔的標志點。

因此，如果能避免拍攝角度、相機分辨率以及噪聲等因素對標志點中編碼特征區(qū)域的判斷造成的誤差，將會使標志點的解碼應用更廣泛。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的第一個技術問題在于提供一種高魯棒性的標志點解碼方法，以更好地避免拍攝角度、相機分辨率以及噪聲等因素對標志點中編碼特征區(qū)域的判斷造成的誤差。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種高魯棒性的標志點解碼方法，包括下述步驟：

步驟A，估計單應矩陣，利用估計出的單應矩陣將標志點的透視投影圖像變換為正投影圖像；

步驟B，在極坐標系下遍歷標志點正投影圖像的編碼段，得到編碼段的每一像素點在笛卡爾坐標系中對應的像素值，根據(jù)各像素值的分布情況判斷各編碼段的長度，以此確定每一編碼段在二進制編碼序列中所占的碼值位數(shù)，再將各編碼段的像素值作為其在二進制編碼序列中的碼值，形成一個在笛卡爾坐標系下用于表征該標志點編碼值的二進制編碼序列；

其中，所述標志點圖像為環(huán)狀二值編碼圖像，且當所述標志點的圖像被等角度的N等分時，其中每一等份作為一個像素值編碼位，而每個所述編碼段又包含有至少一個等份；

步驟C，將所述二進制編碼序列進行循環(huán)移位，并將每次移位后的序列轉換為一個十進制編碼值，最后將最小的一個十進制編碼值標記為該標志點的編碼值。

進一步地，步驟A中單應矩陣利用如下五個點來進行估計：利用標志點圖像中心橢圓的長軸與邊緣的兩個交點、短軸與邊緣的兩個交點以及橢圓中心點。

進一步地，步驟B具體根據(jù)如下公式將包含多個標志點的圖像從極坐標系映射到笛卡爾坐標系中：

X＝x₀+r×cos(theta)；

Y＝y(tǒng)₀+r×sin(theta)；

其中，x₀為極坐標變換中心橫坐標，y₀為極坐標變換中心縱坐標，r表示極徑，theta表示極角；極徑r在標志點的圖像范圍之內。

更進一步地，所述極徑r取值為：r∈[2R，3R]，R為標志點的圖像的中心圓半徑；所述極角theta取值為：theta∈[1°，360°]。

再進一步地，步驟B中遍歷編碼段的具體方式為：