CN108573511A - 点状分布合作编码标志及其识别定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点状分布合作编码标志及其识别定位方法，编码标志包括至少6个圆形的标志点，标志点包括标记点A、B、C、O，定位点包括定位点D，其他标志点为编码点，标记点A、B、C、D分别位于一正方形的四个顶角上，且标记点A、定位点D位于该正方形的同一条对角线上，标记点O位于标记点A、定位点D之间连线的延长线上，定义编码标志设计坐标系的原点为标记点O，且编码标志设计坐标系的X轴、Y轴均平行于正方形的边，各个编码点分布于X轴、Y轴附近，不同位置的编码点对应有唯一的编码字符值，各编码点对应的编码字符值组合为唯一的编码值。本发明可实现丰富数量的唯一编码标志，且其识别算法简单快速，编码标志定位精确。

Description

点状分布合作编码标志及其识别定位方法

技术领域

本发明属于数字近景摄影测量技术领域，具体涉及一种适用于大尺寸结构和动态测量对象的点状分布合作编码标志及其识别定位方法。

背景技术

对大视场范围内的大尺寸结构进行动态测量时，结构表面往往缺乏清晰可辨识度高的纹理特征，不便于直接快速、准确地提取结构表面的特征信息，不能满足实验要求。目前，通常采用在被测结构上人工布设合作标志的方式产生特征点用于识别、追踪，因此，具有唯一编码值的人工合作标志的设计与应用受到广泛研究与关注，如何设计出结构简单，具有唯一编码值且数量丰富的方案且识别定位快速精准的方法成为行业研究的热点。如王超银等提出的“一种新的测量点编码方法及识别算法”是一种环形编码标志的识别，该方法算法简单、快速，但是不能够产生大量的编码点，在编码数量上有一定的局限性。

相关的点分布型编码标志技术中，其设计的编码点位置一般是紧密排列的，为保证能准确解码识别，同一编码标志中的编码点不能两两相邻，这样在有限的设计编码点空间中，编码点的排列组合数量受到较大的限制，难以产生丰富数量的唯一编码。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种点状分布合作编码标志及其识别定位方法，其可实现丰富数量的唯一编码，且能够快速、稳定地识别出合作编码标志并进行精确的定位。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一方面，提供一种点状分布合作编码标志，包括至少6个大小相同的呈实心圆形的标志点，所述标志点分为标记点、定位点和编码点三类，所述标记点包括标记点A、标记点B、标记点C、标记点O，所述定位点包括定位点D，其他标志点为编码点，所述标记点A、标记点B、标记点C、定位点D分别位于一正方形的四个顶角上，且标记点A、定位点D位于该正方形的同一条对角线上，所述标记点O位于标记点A、定位点D之间连线的延长线上，定义编码标志设计坐标系的原点为标记点O，且编码标志设计坐标系的X轴、Y轴均平行于所述正方形的边，所述各个编码点分布于X轴、Y轴附近，不同位置的编码点对应有唯一的编码字符值，各编码点对应的编码字符值组合为唯一的编码值。

作为进一步的改进，所述各个编码点沿分别平行于X轴、Y轴的行、列分布。

作为进一步的改进，所述各个编码点的空间位置交错式分布。

作为进一步的改进，所述标志点的半径为r，各标志点的圆心在编码标志设计坐标系中的X坐标或Y坐标的差值为r的整数倍。

本发明提供的点状分布合作编码标志，包括至少6个大小相同的呈实心圆形的标志点，所述标志点分为标记点、定位点和编码点三类，所述标记点包括标记点A、标记点B、标记点C、标记点O，所述定位点包括定位点D，其他标志点为编码点，所述标记点A、标记点B、标记点C、定位点D分别位于一正方形的四个顶角上，且标记点A、定位点D位于该正方形的同一条对角线上，所述标记点O位于标记点A、定位点D之间连线的延长线上，定义编码标志设计坐标系的原点为标记点O，且编码标志设计坐标系的X轴、Y轴均平行于所述正方形的边，所述各个编码点交错分布于X轴、Y轴附近，不同位置的编码点对应有唯一的编码字符值，各编码点对应的编码字符值组合为唯一的编码值。本发明点状分布合作编码标志，编码点采用交错式分布设计，可以同时选取相邻编码点作为设计编码点，解除了现有技术中编码点位置不能两两相邻的限制，因此能够产生丰富数量的唯一编码。此外，本发明的标记图案选用正方形对称结构，对成像畸变有较强的抗干扰能力，且标记点位于编码标志图案左上角，按顺序识别检索标记点能够更加快速准确的识别，其识别算法简单快速，编码标志定位精确，适用于动态匹配以及大视场拼接等场合。

另一方面，本发明提供一种采用如上所述的点状分布合作编码标志进行识别定位方法，包括如下步骤：

S1、在测量视场范围的被测物体表面布设多个所述的点状分布合作编码标志；

S2、进行被测物体表面的图像采集；

S3、读入采集的图像；

S4、对所述步骤S3读入的图像进行去噪、动态阈值二值化处理，得到二值化图像；

S5、对所述步骤S4获得的二值化图像进行形态学处理，识别出圆形的标记点并去除图像上存在的干扰点，实现标志点目标与背景分离，得到至少一个点状分布合作编码标志图案；

S6、对点状分布合作编码标志图案的各个标志点按照行或列进行排序，然后依次搜索并找到一个标志点记为标记点A，再对其余的标志点进行搜索并判断是否有符合正方形等距的其余三个标志点，若有，分别记为标记点B、标记点C、定位点D，若无，则重复步骤S3；

S7、在步骤S6中找到的标记点A、标记点B、标记点C、定位点D中，寻找标记点A、定位点D之间连线的延长线上是否存在符合距离要求的标志点，若有，则记为标记点O，判断标记点A、标记点B、标记点C、定位点D为有效点，若无，则返回步骤S3；

S8、计算标记点A与标记点C之间的连线与图像坐标系Y轴之间是否有倾斜角度，如有，则以标记点A为中心进行图像旋转矫正以使标记点A、标记点B的行坐标相等，标记点A、标记点C的列坐标相等；

S9、在标记点A、标记点B、标记点C、定位点D、标记点O范围内搜索并识别出该点状分布合作编码标志的其余所有编码点的图像坐标，并将图像坐标转换为编码标志设计坐标系中的设计坐标，分别计算各编码点与标记点A、标记点B、标记点C之间的距离，根据距离比值与设计的标准编码点位置线段比值进行匹配，将差值最小的标准编码点位置赋给相应的编码点，依次找出该点状分布合作编码标志中所有编码点在编码标志设计坐标系的位置；

S10、根据各个编码点的位置所对应的编码字符值计算得到对应的数字组合，得到该点状分布合作编码标志唯一的编码值，记录编码值与该点状分布合作编码标志的中心坐标；

S11、返回步骤S6，直至所有点状分布合作编码标志识别完毕。

作为进一步的改进，在所述步骤S5中，识别出圆形的标记点并去除图像上存在的干扰点后，再对标志点图像进行区域分割，把整个区域目标X分割成一系列互不相交的子集X₁、X₂、…、X_N，每个子集对应为一个点状分布合作编码标志图案。

作为进一步的改进，在所述步骤S5中，采用形状参数法，根据面积、圆形度、曲率特征参数识别出圆形标记点并去除干扰点或边线。

作为进一步的改进，所述步骤S5中，当标记点面积且圆形度识别为圆形标记点。

作为进一步的改进，所述步骤S6中，根据灰度重心法提取定位点D中心的亚像素坐标，实现精确定位。

本发明提供的采用如上所述的点状分布合作编码标志进行识别定位方法，在编码点位置识别解算之前，对整体编码标志图案进行了以标记点A为中心的旋转矫正操作，提高了编码点码值识别的准确性。本发明的识别定位方法能够快速、稳定地识别出合作编码标志并进行精确的定位，准确的解码用于动态匹配以及大视场拼接等场合。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为点状分布合作编码标志的设计示意图。

图2为点状分布合作编码标志的实例图。

图3为识别定位方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种提供一种点状分布合作编码标志，包括至少6个大小相同的呈实心圆形的标志点，图2实施例中的合作编码标志内设有8个半径r均为3.5mm的等直径实心圆形标志。所述标志点分为标记点、定位点和编码点三类，所述标记点包括标记点A、标记点B、标记点 C、标记点O，所述定位点包括定位点D，其他标志点为编码点，所述标记点A、标记点B、标记点C、定位点D分别位于一边长为L的正方形的四个顶角上，且标记点A、定位点D位于该正方形的同一条对角线上，所述标记点O位于标记点A、定位点D之间连线的延长线上，定义编码标志设计坐标系的原点为标记点O，且编码标志设计坐标系的X轴、Y轴均平行于所述正方形的边，所述各个编码点交错分布于X轴、Y轴附近，所述各个编码点沿分别平行于X 轴、Y轴的行、列分布，所述各个编码点的空间位置交错式分布，各个编码点位于编码标志设计坐标系的同一个象限内，整个点状分布合作编码标志轮廓呈正方形。编码标志设计时不同位置的编码点对应有唯一的编码字符值，各编码点对应的编码字符值组合为唯一的编码值。本发明实施例的点状分布合作编码标志根据应用需要选择编码点个数和分布位置，可以实现丰富数量的具有唯一编码值的一套方形合作编码标志。

本发明实施例的点状分布合作编码标志由于编码点采用交错式分布设计，可以同时选取相邻编码点作为设计编码点，解除了现有技术中编码点位置不能两两相邻的限制，因此能够产生丰富数量的唯一编码。本发明实施例相对于现有技术，当具有相同数量编码点空间设计位置时，选取同样的编码点个数，根据组合排列可以产生更多的唯一编码图案。例如，共有1-20个编码点空间设计位置，取其中3个位置组合生成编码图案，本发明实施例可产生1140种编码图案，而现有技术因编码点两两不能相邻，最多只能有400多种编码图案。

此外，本发明实施例的点状分布合作编码标志的标记图案选用正方形对称结构，对成像畸变有较强的抗干扰能力，且标记点位于编码标志图案左上角，按顺序识别检索标记点能够更加快速准确的识别，其识别与解码算法简单快速，编码标志定位精确。

作为进一步优选的实施方式，所述标志点的半径为r，各标志点的圆心在编码标志设计坐标系中的X坐标或Y坐标的差值为r的整数倍。各标志点中心距离都与圆形半径呈线性比例关系，即圆形标记点的半径为r，AC之间的距离为k₁r，标记点A到编码点1的距离为k₂r,编码点1和3之间的距离为k₃r，编码点1和9之间的距离为k₄r，编码点1和2之间的距离为k₅r。如图1中的标志点A、C之间的距离为10r，标记点A到数字编码点1之间的距离为22r，数字编码点1、3之间的距离为4r，数字编码点3、4之间的距离为2r，数字编码点1、9之间的距离为6r。这样在解码定位编码点的位置过程中，计算量小，速度快。

如图3所示，本发明实施例还提供一种采用如上所述的点状分布合作编码标志进行识别定位方法，包括如下步骤：

S1、在测量视场范围的被测物体表面布设多个所述点状分布合作编码标志；

S2、进行被测物体表面的图像采集；

S3、读入采集的图像；

S4、对所述步骤S3读入的图像进行去噪、动态阈值二值化处理，得到二值化图像；

S5、对所述步骤S4获得的二值化图像进行形态学处理，识别出圆形的标记点并去除图像上存在的干扰点如非圆形标记点、编码点与边线等，实现标志点目标与背景分离，得到至少一个点状分布合作编码标志图案，具体的，可采用形状参数法，根据面积、圆形度、曲率特征参数识别出圆形标记点并去除干扰点或边线，例如，当标记点面积且圆形度识别为圆形标记点，否则标记为干扰点。在识别出圆形的标记点并去除图像上存在的干扰点后，再对标志点图像进行区域分割，把整个区域目标X分割成一系列互不相交的子集X₁、X₂、…、X_N，每个子集对应为一个点状分布合作编码标志图案。

S6、对点状分布合作编码标志的各个标志点按照行或列进行排序，然后依次搜索并找到一个标志点记为标记点A，再对其余的标志点进行搜索并判断是否有符合正方形等距的其余三个标志点，若有，分别记为标记点B、标记点C、定位点D，若无，则重复步骤S3；找到定位点D后，由于圆形点具有旋转、缩放轮廓圆度不变特性，提取编码标志点D的轮廓，根据灰度重心法提取定位点 D中心的亚像素坐标，实现精确定位。

S7、在步骤S6中找到的标记点A、标记点B、标记点C、定位点D中，寻找标记点A、定位点D之间连线的延长线上是否存在符合距离要求的标志点，若有，则记为标记点O，判断标记点A、标记点B、标记点C、定位点D为有效点，若无，则返回步骤S3；

S8、计算标记点A与标记点C之间的连线与图像坐标系Y轴之间是否有倾斜角度，如有，则以标记点A为中心进行图像旋转矫正以使标记点A、标记点B的行坐标相等，标记点A、标记点C的列坐标相等，以便于后续的编码点匹配解码。这样，在编码点位置识别解算之前，对整体编码标志图案进行了以标记点A为中心的旋转矫正操作，提高了编码点码值识别的准确性。

S9、在标记点A、标记点B、标记点C、定位点D、标记点O范围内搜索并识别出该点状分布合作编码标志的其余所有编码点中心的图像坐标，并通过仿射变换将图像坐标(计算机像素坐标，)转换为编码标志设计坐标系中的设计坐标，分别计算各编码点与标记点A、标记点B、标记点C之间的距离，根据距离比值与设计的标准编码点位置线段比值进行匹配，将差值最小的标准编码点位置赋给相应的编码点，依次找出该点状分布合作编码标志中所有编码点在编码标志设计坐标系的位置；

S10、根据各个编码点的位置所对应的编码字符值计算得到对应的数字组合，得到该点状分布合作编码标志唯一的编码值，记录编码值与该点状分布合作编码标志的中心坐标；

S11、返回步骤S6，对其他点状分布合作编码标志的各个标志点进行识别定位，直至所有点状分布合作编码标志识别完毕。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种点状分布合作编码标志，其特征在于，包括至少6个大小相同的呈实心圆形的标志点，所述标志点分为标记点、定位点和编码点三类，所述标记点包括标记点A、标记点B、标记点C、标记点O，所述定位点包括定位点D，其他标志点为编码点，所述标记点A、标记点B、标记点C、定位点D分别位于一正方形的四个顶角上，且标记点A、定位点D位于该正方形的同一条对角线上，所述标记点O位于标记点A、定位点D之间连线的延长线上，定义编码标志设计坐标系的原点为标记点O，且编码标志设计坐标系的X轴、Y轴均平行于所述正方形的边，所述各个编码点交错分布于X轴、Y轴附近，不同位置的编码点对应有唯一的编码字符值，各编码点对应的编码字符值组合为唯一的编码值。

2.根据权利要求1所述的点状分布合作编码标志，其特征在于：所述各个编码点沿分别平行于X轴、Y轴的行、列分布。

3.根据权利要求2所述的点状分布合作编码标志，其特征在于：所述各个编码点的空间位置交错式分布。

4.根据权利要求1或2或3所述的点状分布合作编码标志，其特征在于：所述标志点的半径为r，各标志点的圆心在编码标志设计坐标系中的X坐标或Y坐标的差值为r的整数倍。

5.一种采用如权利要求1至4中任一项所述的点状分布合作编码标志进行识别定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在测量视场范围的被测物体表面布设多个所述的点状分布合作编码标志；

S2、进行被测物体表面的图像采集；

S3、读入采集的图像；

S4、对所述步骤S3读入的图像进行去噪、动态阈值二值化处理，得到二值化图像；

S5、对所述步骤S4获得的二值化图像进行形态学处理，识别出圆形的标记点并去除图像上存在的干扰点，实现标志点目标与背景分离，得到至少一个点状分布合作编码标志图案；

S6、对点状分布合作编码标志图案的各个标志点按照行或列进行排序，然后依次搜索并找到一个标志点记为标记点A，再对其余的标志点进行搜索并判断是否有符合正方形等距的其余三个标志点，若有，分别记为标记点B、标记点C、定位点D，若无，则重复步骤S3；

S7、在步骤S6中找到的标记点A、标记点B、标记点C、定位点D中，寻找标记点A、定位点D之间连线的延长线上是否存在符合距离要求的标志点，若有，则记为标记点O，判断标记点A、标记点B、标记点C、定位点D为有效点，若无，则返回步骤S3；

S8、计算标记点A与标记点C之间的连线与图像坐标系Y轴之间是否有倾斜角度，如有，则以标记点A为中心进行图像旋转矫正以使标记点A、标记点B的行坐标相等，标记点A、标记点C的列坐标相等；

S9、在标记点A、标记点B、标记点C、定位点D、标记点O范围内搜索并识别出该点状分布合作编码标志的其余所有编码点的图像坐标，并将图像坐标转换为编码标志设计坐标系中的设计坐标，分别计算各编码点与标记点A、标记点B、标记点C之间的距离，根据距离比值与设计的标准编码点位置线段比值进行匹配，将差值最小的标准编码点位置赋给相应的编码点，依次找出该点状分布合作编码标志中所有编码点在编码标志设计坐标系的位置；

S10、根据各个编码点的位置所对应的编码字符值计算得到对应的数字组合，得到该点状分布合作编码标志唯一的编码值，记录编码值与该点状分布合作编码标志的中心坐标；

S11、返回步骤S6，直至所有点状分布合作编码标志识别完毕。

6.根据权利要求5所述的识别定位方法，其特征在于：在所述步骤S5中，识别出圆形的标记点并去除图像上存在的干扰点后，再对标志点图像进行区域分割，把整个区域目标X分割成一系列互不相交的子集X₁、X₂、…、X_N，每个子集对应为一个点状分布合作编码标志图案。

7.根据权利要求6所述的识别定位方法，其特征在于：在所述步骤S5中，采用形状参数法，根据面积、圆形度、曲率特征参数识别出圆形标记点并去除干扰点或边线。

8.根据权利要求7所述的识别定位方法，其特征在于：所述步骤S5中，当标记点面积且圆形度识别为圆形标记点。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的识别定位方法，其特征在于：所述步骤S6中，根据灰度重心法提取定位点D中心的亚像素坐标，实现精确定位。