[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

本發明公開一種基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法，包括：A、按三X組合標記組合規劃制作三X組合標記，將其粘貼于待用光學系統檢測跟蹤的空間目標物體上；B、在光學系統獲取的雙目圖像中分別檢測X角點，獲得X角點的亞像素位置與邊緣方向；C、利用三X角點組合標記的投影不變量，在雙目圖像中分別從檢出X角點序列中檢測三X角點組合標記的圖像；D、將雙目圖像中的三X組合標記進行立體匹配，利用三角測量原理，確定三X組合標記的空間位置與姿態；E、與預先存儲的三X組合標記尺寸信息進行匹配，識別三X組合標記的標簽。應用本發明進行空間目標的識別與位姿跟蹤，具有標記制作簡單、約束少、檢測率高、識別快的優點。

技術領域

本發明涉及立體視覺測量領域，尤其涉及一種基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法，屬于借助于人工標記對物體進行識別與測量的技術。

背景技術

基于雙目或多目立體視覺的光學跟蹤與位姿測量系統，一般通過確定物體上非共線的具有明確順序三個點的空間位置來確定目標物體的明確空間位置和姿態(簡稱位姿)。在具有多個目標時，還需要對不同的目標進行區分識別。

人工標記圖像特征明顯，在位姿測量中多用來降低視覺特征檢測與立體匹配的難度。如何設計制作簡單易用的標記并能進行相應的快速檢測識別，滿足多目標檢測識別與跟蹤測量需求，是立體視覺技術的一個難點，目前相關的研究文獻很少。

X角點標記被廣泛應用于相機標定技術中，但傳統的X角點檢測方法只給出X角點的位置信息，沒有X角點的方向信息。且單個X角點無法應用于物體的姿態測量。

Micron tracker雙目視覺光學跟蹤系統，利用3個X角點組合的標記實現對物體的位姿測量，但在實現時是先檢測X角點的空間位置，然后通過標記點之間的空間距離將空間點分組測試并與預先學習的組合標記結構匹配來實現三X組合標記的檢測識別。

在公開號為CN102095370A，名稱為“三X組合標記的檢測識別方法”發明專利中，利用圖像Hessian矩陣檢測X角點，并定義X角點的Hessian矩陣特征向量作為X角點的方向，提出的三X標記的制作規則與圖像中三X組合標記相應檢測識別方法。但該技術尚存在以下不足：(1)基于Hessian矩陣檢測X角點，運算量大，算法實時性不高，角點誤檢測率高；(2)將Hessian矩陣特征向量作為X角點方向，其物理意義不明顯，且方向受噪聲影響較大，影響后續三X組合標記的檢測與匹配；(3)三X標記組合規則約束較多，連通性約束給標記制作產生尺寸限制，限制應用性，并在檢測過程中產生額外運算，影響系統的跟蹤測量速度；(4)沒有確定物體的空間位姿，也沒有區分識別空間中實際的三X標記。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法，針對現有面向可見光立體視覺目標跟蹤測量技術的不足，提出了新的X角點檢測方法和具有明確物理含義的方向定義；提出了新的三X組合標記的制作規則，去除了連通性限制，使三X組合標記的制作應用更加靈活，同時提高三X組合標記檢測的效率。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

基于三X組合標記的空間目標檢測識別與位姿跟蹤方法，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；