[發明專利]一種基于目標二維輪廓模型的識別與空間定位方法

有效

• 申請號: 201710734207.5
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107622499B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 凌樂;陳遠強;魏清平;周東;劉絲絲;莫堃;董娜;于信賓
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/149;G06T7/60;G06K9/46
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

1.一種基于目標二維輪廓模型的識別與空間定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，準備目標的二維模型，在制圖軟件中繪制目標的真實二維模型，長度單位為毫米，并將圖紙導出為包含有圖像輪廓信息的文件，二維模型輪廓線條必須閉合，輪廓由直線段、弧線段或圓組成；

步驟2，讀取上述包含有圖像輪廓信息的文件，解析出幾何基元，查找并描述出閉合輪廓，并判斷區分其中的歧義輪廓和非歧義輪廓，對歧義輪廓即該輪廓的順次描述中，存在相同的順次描述，反之為非歧義輪廓；描述閉合輪廓中直線與弧線的連接順次關系，建立目標二維輪廓幾何基元拓撲關系；

步驟3，采集目標圖像，使用Canny邊緣檢測算子檢測圖像的邊緣，遍歷每一條輪廓，排除非閉合輪廓，對閉合輪廓進行單通、多通邊緣點檢查；選擇檢查出的單通、多通邊緣點進行相交輪廓分離；使多邊形逼近閉合輪廓，采用Ramer算法對每一個閉合輪廓進行遞歸細分，直至得到的全部線段到各自對應的閉合輪廓的最大距離小于閾值Dmax；再對直線段和/或弧線段進行擬合與合并，根據擬合出的直線方程和/或橢圓弧方程計算相鄰線段的交點坐標，該交點對應了步驟2中的目標二維輪廓；

步驟4，指定搜索輪廓，檢索在步驟3中產生的所有閉合輪廓確認與目標模板輪廓相同線段組成的待定輪廓，對待定輪廓進行姿態運算并完成確認，在圖像中標記識別成功的目標，輸出目標位置及投影矩陣；具體的，待定輪廓進行姿態運算并完成確認的方法為如下步驟：

根據待定輪廓與模板輪廓的順次關系，確定結點間物理坐板和像素坐標的對應關系，模板輪廓給出結點的物理坐標，待定輪廓的結點為像素坐標，首先建立姿態計算方程

其中為相機的內參矩陣，可由相機標定獲得；

在模板輪廓中任選三個不共線的結點，將其物理坐標及在待定輪廓中檢測出的像素坐標帶入上述姿態計算方程，得到計算得到投影變換矩陣；

將投影變換矩陣帶入上述姿態計算方程，將模板輪廓所有結點物理坐標分別帶入上述姿態計算方程，計算每個結點的投影像素坐標；

計算投影相似度F，根據結點像素坐標(u v)i與待定輪廓中檢測出的對應節點的像素坐標(u0 v0)i計算相似度F，計算公式如下

其中n代表模板輪廓中結點數總和；

對于非歧義輪廓，若相似度超過設定閾值，則認為該待定輪廓為正確的目標，并返回到投影變換矩陣，該矩陣則描述了目標相對相機的空間平移位置及其繞各個軸的旋轉角；

對于歧義輪廓，若多種結點對應關系下的相似度均超過設定閾值，將得到多個的姿態矩陣，則將該待定輪廓置為多態輪廓，若目標僅有此一個歧義輪廓，則直接返回符合要求的多個姿態矩陣；

若多個多態輪廓間存在唯一共同的姿態矩陣，則該姿態矩陣為歧義輪廓的正確姿態；若仍然有多個相同的姿態矩陣，則說明目標的多個歧義輪廓的分布是完全對稱的，則直接返回多個姿態矩陣，并在圖像中標記識別成功的目標。

2.如權利要求1所述的一種基于目標二維輪廓模型的識別與空間定位方法，其特征在于：所述步驟2中，所述歧義輪廓即該輪廓的順次描述中，存在相同的順次描述；建立目標二維輪廓幾何基元拓撲關系的具體方法為

從包含有圖像輪廓信息的文件的ENTITIES段中解析出圖元信息，包括Nl條直線的起止坐標，Na條圓弧的圓心、半徑、起止坐標，Nc個圓的中心坐標、半徑，保存所有直線、圓弧和圓的信息；

查找閉合輪廓，從任意一條直線或圓弧的起點開始，查找與該直線終點重合的下一個連接線段的起點，并重復這一過程，直至回到最開始的起點，即查找到一個閉合輪廓；

將已查找到的閉合輪廓中包含的線段從原數據中剔除，重復查找閉合輪廓的步驟，直至將所有線段查找完畢，計N個閉合輪廓，加上目標輪廓中本就是自閉合輪廓的圓形Nc個，目標二維模型中共計有N+Nc個閉合輪廓，統計每一個閉合輪廓中直線數Nl_i、圓弧數Na_i、圓數Nc_i，其中角標i表示閉合輪廓的編號；

描述閉合輪廓中非圓形閉合輪廓的直線與弧線的連接順次關系，描述規則為從任意線段開始，沿固定順時針或逆時針方向遍歷輪廓的所有線段回到起點，若為直線則記為0，弧線記為1；對于每個非圓形閉合輪廓，其順次關系共有（Nl_i+Na_i）種，即以每一個線段作為起點，得到一種連接順次，完成拓撲關系的建立。