CN103049731A - 一种点分布型彩色编码标志的解码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种点分布型彩色编码标志的解码方法，该彩色编码标志的基板上设有6个颜色各异的圆形标志点，分为4个模板点和2个编码点，其中4个模板点的颜色固定、坐标已知，2个编码点的颜色为其它两种设定的颜色、并位于设定的编码点位上，本发明首先通过对摄影图像中各图形的颜色和形状的识别，初步确定彩色编码标志的标志点，识别出位于编码标志中心点的标志点，并以它为中心找出其他5个标志点，根据4个模板点在编码标志中的设定坐标和其在摄影图像中的真实坐标建立放射变换模型，求出相应的仿射变换参数，并解算出编码点的真实坐标，从而得出该编码标志的编码，简化了解码步骤，提高了对彩色编码标志识别的正确率。

Description

一种点分布型彩色编码标志的解码方法
技术领域
本发明涉及一种点分布型彩色编码标志的解码方法。
背景技术
点分布型编码标志是一种常见的编码标志，在近景摄影测量自动化处理中一直发挥着重要的作用，如图1和图2，传统的灰度点分布型编码标志由8个形状相同的白色圆形标志点构成，可分为模板点和编码点两类。因为各圆形标志点之间没有明显的特征，所以只能通过解算它们之间的关系来区别它们，进而可以根据相应的规则对它进行解码。但是，在实际应用过程中，由于像片倾角往往比较大，相机自身也存在一定的畸变，会使得编码标志中点位之间的关系不够稳定，进而导致无法正确识别编码标志。
而彩色点分布型编码标志中标志点的颜色差别非常明显，可以直接通过颜色信息来区别它们，虽然彩色编码标志存在图像数据量较大、编码个数稍少等不足，但是能够满足正常的应用，且结构相对简单，无需运算就可直接区别各标志点，因而在编码解码时运算量更小、稳定性更好。
发明内容
本发明的目的是提供一种点分布型彩色编码标志的解码方法，用以解决传统点分布型编码标志识别率不高的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种点分布型彩色编码标志的解码方法，该彩色编码标志的基板上设有6个颜色各异的标志点，分为4个模板点和2个编码点，所述模板点的坐标已知，其中3个模板点分别位于坐标系的X轴、Y轴和坐标原点，另一个模板点位于编码标志的中心，2个编码点位于设定的编码点位上，其中4个模板点的颜色固定，2个编码点的颜色为其它两种设定的颜色，所述标志点的形状为圆形，其解码方法步骤如下：
（1） 从摄影图像中提取出与本发明待解码的模板彩色编码标志中标志点的颜色和形状相同的图形，初步确定摄影图像中的标志点；
（2）从初步确定的标志点中识别出与位于所述模板彩色编码标志中心的模板点颜色相同的标志点，并以它为中心判断距它设定距离内是否存在其他5个不同颜色的标志点，如果存在，则初步确定这6个标志点构成一个彩色编码标志，并转入步骤（3），否则确定该标志点不是一个彩色编码标志的中心，予以剔除；
（3）根据所述模板彩色编码标志中4个模板点的坐标与该4个模板点在摄影图像中的真实坐标，建立其仿射变换模型，并求解出仿射变换模型参数；
（4）根据求出的仿射变换模型参数，将模板彩色编码标志中2个编码点的坐标依次带入所述仿射变换模型中，计算出2个编码点变换后的坐标；
（5）设置点位误差限值，当变换后的编码点点位与模板彩色编码标志中的编码点点位相差小于误差限值时，该编码点的点位即为该模板彩色编码标志的编码点位，由此得出其编码。
进一步地，提取出与本发明待解码的模板彩色编码标志中标志点的颜色和形状相同的图形，包括如下步骤：
（1）对颜色进行识别：根据各标志点的RGB灰度值，先判断灰度值最大的颜色分量可能是哪几种颜色的标志点，然后用另外两种颜色分量的灰度值判断该标志点是否具备另外一种或两种颜色，如果有则根据灰度值判断其颜色，最后将确定出的几种可能的像素颜色相叠加，即为该图形的颜色； 
（2）对形状进行识别：首先提取摄影图像中各图形的边缘，然后根据提取出的边缘信息，判断图形的边缘是否闭合、图形的大小是否与模板中的标志点接近，初步判断图形的圆度，并通过进一步对圆度的计算，确定该图形是否为圆形，从而提取出图像中的圆形标志点；
（3）对从摄影图像中提取出的圆形标志点进行定位。
对图形边缘的提取采用Canny缘提取算法，对标志点的定位采用椭圆中心法。
本发明的有益效果：本发明根据彩色编码标志中各圆形标志点的不同颜色和排列方式，组合多种判断、提取和识别方法，简化了解码步骤，提高了对彩色编码标志识别的正确率。
附图说明
图1是现有传统点分布型编码标志设计；
图2是现有传统点分布型编码标志实例；
图3是彩色点分布型编码标志设计；
图4是彩色点分布型编码标志实例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图3和图4所示，本发明的彩色点分布型编码标志由6个形状相同而颜色各异的圆形标志点构成，分为4个模板点和2个编码点，其中4个模板点的坐标已知，图3中16个带数字的圆形点为一组编码点位，其坐标已知，2个模板点位于其中任意两个点位上。
编码标志中6个标志点的颜色选用红、绿、蓝、白、赤紫、黄和青绿，其中，黄色由红色和绿色叠加得到，赤紫色由红色和蓝色叠加得到，青绿色由蓝色和绿色叠加得到，白色由红、绿、蓝叠加得到。
本实施例中，4个模板点的颜色分别为红、绿、蓝、白，红色模板点位于坐标的原点，绿色模板点在Y轴，蓝色模板点在X轴，白色模板点位于编码标志的中心，2个编码点分别为黄色和赤紫色。
本实施例对上述彩色编码标志的具体解码过程如下：
（1）初步确定彩色编码标志：从摄影图像中提取数据，确定出与上述编码标志中标志点的颜色和形状相同的图形，初步确定摄影图像中可能的编码标志的标志点，然后找出摄影图像中的白色标志点，并以它的坐标（x0,y0）为中心，通过欧拉距离计算公式：                                                                          
Figure 854895DEST_PATH_IMAGE001
，得到它与其他5个不同颜色点的距离，如果Si小于限差t0，则认为它们可能是一个彩色编码标志中的圆形标志点。仅当它们分别为不同颜色的圆形标志点，并且点的个数仅有6个，才确定它们为一个彩色编码标志的点集。
（2）采用仿射变换模型
                        
Figure 2013100009073100002DEST_PATH_IMAGE002
来解决彩色编码标志变形的问题，其中
Figure 661308DEST_PATH_IMAGE003
是模型参数，为编码点的模板坐标，
Figure 477955DEST_PATH_IMAGE005
为编码点的真实坐标。利用四个模板点可以求解出仿射变换模型参数。
（3）纠正编码点的坐标：依次将摄影图像中的编码点坐标带入上述仿射变换模型，可以计算出编码点的变换后坐标，本实施例所要计算的编码点为黄色点和赤紫色点。
（4）彩色编码标志的解码：由于环境光、相机畸变以及仿射近似求解等原因，会使得编码点的点位解算结果与实际的点位值不一样，所以，根据彩色编码标志的平均半径设置一个误差限值。当变换后编码点的点位与模板编码点的点位距离小于时，可以获得该编码标志的编码为：。
确定摄影图像中标志点的颜色和形状，包括对图形颜色的识别、形状的识别和定位。
1. 颜色的识别：假设某个像素的RGB用（Xr，Xg，Xb）来表示， 通过对三种颜色分量值进行比较，确定出灰度值最大的颜色分量Xmax，设最大颜色分量的阈值t1，令，如果Xmax>t1，则最大的颜色分量可作为判断像素颜色的主要依据，否则认为该像素不是标志点的图像像素；
然后用另外两种颜色分量与Xmax做比值，分别为a、b。设阈值t2，将a、b分别与t2相比，如果a、b中有一个值大于t2，则认为对应的颜色分量可作为判断像素颜色的主要依据；如果它们都小于t2，则说明Xmax所对应的颜色分量为该像素的颜色；如果它们都大于t2，则认为该像素为白色；最后将判读出来的颜色值及其像素坐标存储于不同的颜色集，以便后面对标志点进行判读和识别。
2. 形状的识别：首先使用Canny边缘提取算法来提取摄影图像中图形的边缘。这里Canny边缘提取算法是公知常识，在此不再赘述。
由于所摄场景图像内会含有大量不同形状的边缘信息，甚至会有一些形状近似于圆的边界，会给圆形标志点的识别带来困难，因此，需要识别圆形特征点，对提取的标志点边缘的圆度进行判断。首先利用8邻域方法，检测提取的边缘，看其是否闭合，如果边缘闭合，则所提取的边缘为标志点的候选边缘，否则，该边缘不作为候选边缘；然后对标志点的大小进行判断，人工标志点在图像中的比例通常都是比较小的，可以设定适当的阈值范围，即提取出来的边缘所包含的像素点个数
Figure 613718DEST_PATH_IMAGE009
，当满足
Figure 2013100009073100002DEST_PATH_IMAGE010
，则所提取的边缘为标志点的候选边缘，否则，该边缘不是标志点的边缘；另外，本实施例通过统计彩色编码标志中每一个标志点的半径，计算6个标志点半径的平均值作为彩色编码标志的平均半径，并根据该平均半径设定了一个阈值，来进一步排除干扰的边缘，首先求出边缘的中心坐标
Figure 921858DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure 2013100009073100002DEST_PATH_IMAGE012
其中，n为边缘点的个数，（xi,yi）为边缘上像点的像素坐标。然后，用距离公式计算边缘上各点到中心点之间的距离：
Figure 976533DEST_PATH_IMAGE013
接着计算最长距离与最短距离之差：
Figure 2013100009073100002DEST_PATH_IMAGE014
如果t<t0，那么进一步确定该边缘可能为圆形标志点，否则，排除这种可能；最后，为了再进一步了解边缘的情况，可以对提取目标边界的一组点进行椭圆最小二乘拟合，计算边缘点误差是否小于限差，进而判断是否为圆形标志点。
3. 定位：在识别圆形标志之后，需要对其进行定位，其精度一般要求达到子像素级。本实施例采用椭圆中心法，其依据最小二乘原理求椭圆中心坐标
Figure 313973DEST_PATH_IMAGE015
，椭圆二次曲线方程为：
Figure 2013100009073100002DEST_PATH_IMAGE016
，其中，(x,y)为边界上的点坐标，B、C、D、E、F为椭圆参数，可利用识别的边缘点计算得到，椭圆的中心坐标可通过下面公式计算：
                             
在其他实施例中，各标志点的颜色可以从红、绿、蓝、白、黄、赤紫、青绿中任意选取，且6标志点可以位于平面直角坐标系的第二、第三或第四象限内。

Claims (4)

1.一种点分布型彩色编码标志的解码方法，其特征在于，该彩色编码标志的基板上设有6个颜色各异的标志点，分为4个模板点和2个编码点，所述模板点的坐标已知，其中3个模板点分别位于坐标系的X轴、Y轴和坐标原点，另一个模板点位于编码标志的中心，2个编码点位于设定的编码点位上，其中4个模板点的颜色固定，2个编码点的颜色为其它两种设定的颜色，所述标志点的形状为圆形，其解码方法步骤如下：
（1）从摄影图像中提取出与本发明待解码的模板彩色编码标志中标志点的颜色和形状相同的图形，初步确定摄影图像中的标志点；
（2）从初步确定的标志点中识别出与位于所述模板彩色编码标志中心的模板点颜色相同的标志点，并以它为中心判断距它设定距离内是否存在其他5个不同颜色的标志点，如果存在，则初步确定这6个标志点构成一个彩色编码标志，并进入步骤（3），否则确定该标志点不是一个彩色编码标志的中心，予以剔除；
（3）根据所述模板彩色编码标志中4个模板点的坐标与该4个模板点在摄影图像中的真实坐标，建立其仿射变换模型，并求解出仿射变换模型参数；
（4）根据求出的仿射变换模型参数，将模板彩色编码标志中2个编码点的坐标依次带入所述仿射变换模型中，计算出2个编码点变换后的坐标；
（5）设置点位误差限值，当变换后的编码点点位与模板彩色编码标志中的编码点点位相差小于误差限值时，该编码点的点位即为该模板彩色编码标志的编码点位，由此得出其编码。
2.根据权利要求1所述的点分布型彩色编码标志的解码方法，其特征在于，提取出与本发明待解码的模板彩色编码标志中标志点的颜色和形状相同的图形，包括如下步骤：
（1）对颜色进行识别：根据各标志点的RGB灰度值，先判断灰度值最大的颜色分量可能是哪几种颜色的标志点，然后用另外两种颜色分量的灰度值判断该标志点是否具备另外一种或两种颜色，如果有则根据灰度值判断其颜色，最后将确定出的几种可能的像素颜色相叠加，即为该图形的颜色； 
（2）对形状进行识别：首先提取摄影图像中各图形的边缘，然后根据提取出的边缘信息，判断图形的边缘是否闭合、图形的大小是否与模板中的标志点接近，初步判断图形的圆度，并通过进一步对圆度的计算，确定该图形是否为圆形，从而提取出图像中的圆形标志点；
（3）对从摄影图像中提取出的圆形标志点进行定位。
3.根据权利要求2所述的点分布型彩色编码标志的解码方法，其特征在于，对图形边缘的提取采用Canny缘提取算法。
4.根据权利要求2所述的点分布型彩色编码标志的解码方法，其特征在于，对标志点的定位采用椭圆中心法。
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