[發明專利]最小二乘鄰邊垂直擬合的矩形標志符高精度檢測定位方法

有效

• 申請號: 201410440285.0
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104200496B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 齊敏;吳志超;李珂;辛紅娟;樊養余;董勇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T7/40
• 分類號: G06T7/40;G06T7/60
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 顧潮琪

1.一種最小二乘鄰邊垂直擬合的矩形標志符高精度檢測定位方法，其特征在于包括下述步驟：

步驟一、對N行M列的灰度圖像I_org＝g(x，y)進行去噪預處理，分離出矩形標志符，得到其二值圖像I_bi＝f(x，y)，采用canny算子進行標志符所在區域Ω的邊緣提取，獲取矩形標志符的初始輪廓點集S＝{P_i(x_i,y_i)|i＝1,2,...,Q}，式中，Q為S中輪廓點P_i的個數；

步驟二、求矩形標志符二值圖像I_bi＝f(x，y)的初始幾何中心O₁(x₀，y₀)，i、j為矩形標志符所在區域Ω中像素點的X、Y坐標，n為像素點總個數；找出S中距離初始幾何中心O₁(x₀，y₀)最近的點E(x_min,y_min)，過E、O₁兩點作參考直線L₁，再作一經過O₁并垂直于L₁的參考直線L₂，參考直線L₁的方程為y1=(ymin-y0)(xmin-x0)·(x1-x0)+y0,]]>參考直線L₂的方程為y2=-xmin-x0ymin-y0·(x2-x0)+y0;]]>L₁和L₂將矩形標志符的初始輪廓點集S分割成四個輪廓子集S_ac、S_ad、S_bc和S_bd；

步驟三、從輪廓子集中篩選矩形標志符四條邊的有效子集，包括以下步驟：

已知矩形標志符兩相鄰邊長之比為W：H，將對應W值的兩條平行邊稱為W邊，將對應H值的兩條平行邊稱為H邊，W邊有效點集的篩選閾值H邊有效點集的篩選閾值γ和μ均為控制因子，取值范圍均為0.7±0.1；計算輪廓子集S_ac中所有的點到參考直線L₁的距離d_ac1、輪廓子集S_bc中所有的點到參考直線L₁的距離d_bc1，若d_ac1≤α則P_ac∈S_vac，若d_bc1≤α則P_bc∈S_vbc，其中，S_vac為輪廓子集S_ac中與參考直線L₁相交的部分W邊的有效點集，S_vbc為輪廓子集S_bc中與參考直線L₁相交的部分W邊的有效點集，S_vac與S_vbc的并集S_vc為矩形輪廓中與參考直線L₁相交的一條完整W邊的有效點集；計算輪廓子集S_ad中所有的點到參考直線L₁的距離d_ad1、輪廓子集S_bd中所有的點到參考直線L₁的距離d_bd1，若d_ad1≤α則P_ad∈S_vad，若d_bd1≤α則P_bd∈S_vbd，其中，S_vad為輪廓子集S_ad中與直線L₁相交的部分W邊的有效點集，S_vbd為輪廓子集S_bd中與直線L₁相交的部分W邊的有效點集，S_vad與S_vbd的并集S_vd為矩形輪廓中與參考直線L₁相交的另一條完整W邊的有效點集；計算輪廓子集S_ac中所有的點到參考直線L₂的距離d_ac2、輪廓子集S_ad，設S_ad中所有點到參考直線L₂的距離d_ad2，若d_ac2≤β則P_ac∈S_hac，若d_ad2≤β則P_ad∈S_had，其中，S_hac為輪廓子集S_ac中與參考直線L₂相交的部分H邊的有效點集，S_had為輪廓子集S_ad中與參考直線L₂相交的部分H邊的有效點集，S_hac與S_had的并集S_ha為矩形輪廓中與參考直線L₂相交的一條完整H邊的有效點集；計算輪廓子集S_bc中所有的點到參考直線L₂的距離d_bc2、輪廓子集S_bd中所有的點到參考直線L₂的距離d_bd2，若d_bc2≤β則P_bc∈S_hbc，若d_bd2≤β則P_bd∈S_hbd，其中，S_hbc為輪廓子集S_bc中與參考直線L₂相交的部分H邊的有效點集，S_hbd為輪廓子集S_bd中與直線L₂相交的部分H邊的有效點集，S_hbc與S_hbd的并集S_hb為矩形輪廓中與直線L₂相交的另一條完整H邊的有效點集；

步驟四、對矩形標志符四條邊的有效點集進行優化，得到用于直線擬合的原型邊子集：

設S_vc中有n_vc個點p_vc(x_vc,y_vc)，則S_vc的中心點N_c(x_c,y_c)為：

xc=1n_vcΣivc=1n_vcxvc,yc=1n_vcΣivc=1n_vcyvc]]>

計算出S_vc中每一點與中心點N_c構成的斜率k_vc∈K_vc，式中，K_vc為S_vc中每一點與中心點N_c構成的斜率集合，

將每一點斜率k_vc與自適應斜率閾值比較，k_vc小于δ_vc的點被判決為最終的原型邊子集S_c；

重復本步驟，獲取另外三邊的有效子集S_vd，S_ha和S_hb優化后的原型邊子集S_d、S_a和S_b；

步驟五、利用相鄰的原型邊子集，進行基于最小二乘的鄰邊垂直擬合及精確定位，步驟如下：

設原型邊子集S_a、S_b、S_c和S_d中任一條原型邊的待擬合直線l_j的方程為y_j＝k_jx_j+b_j，其相鄰垂直邊的待擬合直線l_jv的方程為其中k_j為待擬合直線l_j的斜率，b_j，b_jv分別為待擬合直線l_j和l_jv的截距，j＝1，2，3，4；設基于最小二乘的目標函數F=min[Σj=1nj(yj-kjxj-bj)2+Σjv=1njv(xjv+kjyjv-bjv)2],]]>式中，(x_j,y_j)為l_j對應的原型邊子集中的點，n_j為點的數量；(x_jv,y_jv)為l_jv對應的原型邊子集中的點，n_jv為點的數量；分別對F求偏導，令解得：

kj=Σj=1nj(xjyj)-1njΣj=1njxjΣj=1njyj-Σjv=1njv(xjvyjv)+1njvΣjv=1njvxjvΣjv=1njvyjvΣj=1njxj2-1nj(Σj=1njxj)2+Σjv=1njvyjv2-1njv(Σjv=1njvyjv)2]]>

bj=1njΣj=1njyj-kjnjΣj=1njxj]]>

bjv=1njvΣjv=1njvxjv+kjnjvΣjv=1njvyjv]]>

將所求參數k_j、b_j和b_jv分別代入兩個待擬合直線方程中，得到矩形標志符兩相鄰垂直邊的擬合直線方程l_j和l_jv，聯立求解兩方程，得到兩條直線的交點C_j(X_j,Y_j)，C_j(X_j,Y_j)即為矩形標志符的一個擬合頂點；

重復本步驟，用原型邊子集S_a與S_c、S_a與S_d、S_b與S_c，以及S_b與S_d分別進行最小二乘垂直擬合，獲得矩形標志符四個擬合頂點的坐標C₁(X₁,Y₁)、C₂(X₂,Y₂)、C₃(X₃,Y₃)和C₄(X₄,Y₄)，由四個頂點坐標求得矩形標志符的中心點坐標O_c(X_center,Y_center)，Xcenter=X1+X2+X3+X44,Ycenter=Y1+Y2+Y3+Y44.]]>