[發明專利]基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法

有效

• 申請號: 202110411914.7
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113112546B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 孟偲;王棋;李曲恒
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/33;G06T7/80
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識產權代理有限公司 11810
• 代理人: 楊樂

1.基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法，其特征在于，包括：

A、按三X組合規則制作三X組合標記，將三X組合標記粘貼在待跟蹤的目標上；所述的三X組合標記，滿足如下條件：第一，數量性約束：由三個標準X角點組合而成；第二，相互位置約束：三個標準X角點共面但不共線；第三，正交性約束：向量AB與向量BC垂直正交；

B、利用雙目立體相機系統獲取包含三X組合標記的目標圖像，設左眼圖像為I_left，右眼圖像為I_right；

C、在左眼圖像和右眼圖像中分別檢測X角點的亞像素位置與規定的邊緣方向；所述分別檢測X角點，具有如下特性：第一，利用圖像X角點周圍環形采樣序列具有4個臺階，4個對應的臺階點組成BW線和WB線；第二，檢測的X角點在其小窗口鄰域內具有較大的灰度差異；

D、在左、右眼圖像中，分別根據三X角點的投影圖像約束性質，由前一步驟中檢測出的X角點的序列，檢測三X組合標記并確定組合標記內三個X角點的順序；得到的三X組合標記圖像，具有如下特性：第一，圖像中三X組合標記中A點在B點的WB線上，B點在A點的BW線上；同時B點在C點的WB線上，C點在B點的BW線上；第二，依據在線段AC上A點或C點的鄰域灰度顏色來判定三X組合標記的類型；

E、在左、右眼圖像中進行三X組合標記的立體匹配，由立體匹配確定三X組合標記的空間位置與姿態；所述進行三X組合標記立體匹配與確定其空間位置與姿態，具有如下特性：第一，立體匹配時利用左、右眼圖像中匹配的三X組合標記，應當具有相同的標記類型；第二，立體匹配的左、右眼圖像中的三X組合標記，三個匹配的角點順序相同，且三個角點同時滿足極線約束；第三，利用三角測量原理，重建三X組合標記中每個X角點的空間位置；

F、將前一步驟中檢測出的三X組合標記的空間信息，與預先存儲的三X組合標記進行匹配，識別出三X組合標記表示的目標，具有如下特性：第一，三X組合標記的尺寸、類型信息及對應的標簽，已經輸入到信息庫當中作為已注冊標記；第二，將恢復的三X組合標記，尺寸信息、類型信息與信息庫當中的紀錄相匹配，尋找距離最小的且距離在誤差閾值內的匹配作為其識別結果；如果存在未有匹配結果，顯示為未注冊對象。

2.根據權利要求1所述基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法，其特征在于，步驟A所述按三X組合規則制作三X組合標記，還包括：

A1、定義X角點的位置與方向的步驟；其中，所述X角點是由4個黑白相鄰的小塊組成的標記，BW線、WB線是正對X角點標記，以X角點為中心，按照逆時針方向定義發生躍變的邊界線；規定WB線與BW線的交點為X角點的精確位置，WB線與BW線的方向為X角點規定的邊緣方向；

A2、定義三X組合標記的組合規則的步驟；具體為：將三個標準X角點按照如下規則組合成一個三X組合標記；所述的組合規則為：

其一，三個X角點在同一個平面內；

其二，編號為角點A的第一個X角點的BW線與編號為角點B的第二個角點的WB線共線；第二個X角點的BW線與編號為角點C的第三個X角點的WB線共線。

3.根據權利要求1所述基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法，其特征在于，步驟C所述在左眼圖像和右眼圖像中分別檢測X角點的亞像素位置與規定的邊緣方向，具體包括：

C1、檢測X角點的步驟；在對圖像進行濾波處理后，從圖像左上像素(r,r)開始，以間隔r行、r列方式對圖像進行柵格式掃描；其中r為采樣窗口半徑，r小于X角點中心到邊緣的像素距離；

C2、檢測X角點邊緣方向的步驟；具體為：檢測A'、B'、C'和D'4個像素點的亞像素位置，記為A”、B”、C”和D”；如果A'對應Gradient梯度大于0，則令L_BW為過A”和C”的直線，L_WB為過B”和D”的直線；否則令L_WB為過A”和C”的直線，L_BW為過B”和D”的直線，L_BW和L_BW在圖像中的方向即為X角點的邊緣方向；

C3、檢測X角點亞像素位置的步驟；具體為：由L_BW和L_BW計算出交點位置即為X角點的亞像素位置。