CN109579729B - 一种带起始位的环形编码点及其解码方法 - Google Patents

一种带起始位的环形编码点及其解码方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及近景摄影测量技术领域，公开了一种带起始位的环形编码点，该环形编码点由起始圆、若干个编码位和圆形背景组成，在圆形背景中设置一个与其同心的圆环，将圆环分成n份，期中1份放置起始圆，n‑1份为编码位。圆形背景为黑色、起始圆为白色、编码位的黑、白不同组合实现编码。起始圆面积较小独立于编码位，能根据面积相互区分；起始圆的圆心同时作为编码点的定位点。本环形编码点带有特点起始位，保留了传统环形编码点设计和解码简单等优点，同时具有较大的编码容量。

Description

一种带起始位的环形编码点及其解码方法
技术领域
本发明涉及近景摄影测量技术领域，更具体地，涉及一种带起始位的环形编码点及其解码方法。
背景技术
编码标志点一般用于大型工件的三维测量，为了实现大尺寸被测物的高精度三维测量，往往需要大量的编码标志点。现有技术中，大型工件的摄影测量中经常使用编码点，但目前编码点在使用中还存在一些问题。一是部分编码点的编码位都是独立分开的，用于编码的编码位数量不多，导致在大尺寸测量时编码容量不足。二是编码标志点没有设定起始位，解码时任意编码位均可作为起始位，而一般解码为保证唯一性均取所有可能结果的最小值，因此导致编码的容量小。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种带起始位的环形编码点，保留传统环形编码点设计和解码简单等优点，同时具有较大的编码容量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种带起始位的环形编码点，包括起始圆、圆形背景和若干编码位，所述起始圆、编码位均设于圆形背景中，编码位顺序连接形成圆环形，起始圆位于圆环形上并取代一个编码位，作为起始定位；一个或以上的连续编码位形成编码带，所述起始圆与编码带的面积不等，能根据面积相互区分；根据不同颜色的编码位组合构成不同的编码。其中，起始圆所占的圆环角度与编码位所占的圆环角度相同。编码带可以是一个编码位形成，也可以是多个连续的编码位形成。
进一步地，所述圆形背景为黑色，起始圆为白色，所述编码位的颜色为黑色或白色。
进一步地，所述编码位的面积大于起始圆的面积。
进一步地，所述圆环形的圆心与圆形背景的圆心重合。
同时，本发明还提供了一种应用于上述编码点的解码方法，包括但不限于以下步骤：
S1对获取的图像进行处理，根据圆度准则、结构与面积准则共同约束提取编码信息；
S2提取起始圆中心坐标以及各编码带的中点；
S3根据仿射变换，对起始圆中心坐标以及各编码带的中点进行校正运算，将椭圆坐标转换为单位圆坐标；
S4分别计算从起始圆起的相邻校正点与圆形背景圆心间的角度，记为θ；起始圆到第一个校正点的编码位的数量为N1＝(θ-m/2)/m，各校正点之间的编码位数量为N2＝θ/m，得到相邻黑、白编码位的个数，从而得到编码标志点对应的唯一编码，其中m＝360°/n，n为编码位与起始圆的数目之和。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、环形编码点由圆形、圆环形组成，容易识别；2、本环形编码点设有唯一的起始圆，编码容量大；3、本发明对图像坐标数据进行校正，提高了解码准确率。
附图说明
图1为圆形背景、起始圆和编码位示意图。
图2、图3为实施例1的结构示意图。
图4、图5为实施例1的坐标提取校正参考图。
图6为不含起始位的环形编码点的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供了一种带起始位的环形编码点，包括起始圆、圆形背景和若干编码位，起始圆、编码位均设于圆形背景中，编码位顺序连接形成圆环形，起始圆位于圆环形上并取代一个编码位，作为起始定位；一个或以上的连续编码位形成编码带，起始圆与编码带的面积不等，能根据面积相互区分；根据不同颜色的编码位组合构成不同的编码。
具体地，圆形背景为黑色，起始圆为白色，编码位的颜色为黑色或白色。
具体地，编码位的面积大于起始圆的面积。
具体地，圆环形的圆心与圆形背景的圆心重合。相同颜色的独立或相邻的若干编码位也可称作编码带。
在圆形背景中设置一个与其同心的圆环形，将圆环分成n份，其中1份放置起始圆，n-1份为编码位，编码位之间的黑白颜色不同组合构成了不同的编码，一个或以上的连续编码位形成编码带。为方便说明，在圆形背景中分为A、B、C、D四个同心圆，B圆与D圆之间的圆环部分为编码带所在位置，起始圆和编码带的中心均分布在C圆上。
本发明将起始圆置于编码位所在圆周上，即可以定位，又可以作为编码位的起始点，保留传统环形编码点设计和解码简单等优点，确定解码的起始点可大幅增加编码容量。不含起始位的环形编码点，为保证唯一性均取所有可能结果的最小值，因此导致编码的容量小，如图6所示。下表为本发明编码点与不含起始位的环形编码点的编码容量对比：
Figure BDA0001862470410000031
如图3所示，本实施例设定n＝12，1个起始圆，11个编码位，起始圆与每个编码位所占的圆环角度均为30°。通过计算，编码位总面积与起始圆面积之比为49:1，单个编码位面积与起始圆面积之比为1.6:1，A圆、B圆、C圆、D圆、起始圆的直径比为1:4:5:6:7。
同时，本实施例还提供了一种应用于上述编码点的解码方法，包括但不限于以下步骤：
S1对获取的图像进行处理，根据圆度准则、结构与面积准则共同约束提取编码信息。
编码点背景和定位点都是圆形，经CCD成像后会变为椭圆，因大尺寸测量中编码点在图像中比例很小、同一编码点的背景圆和起始圆在图像中位置相近，故二者的畸变系数和圆度基本相同，本实施例采用圆度准则、结构与面积准则共同约束提取编码信息。
圆度约束：图像处理时按圆度提取编码点的背景圆，圆度C＝4π·A/L2，其中L表示周长，A表示面积。各种图形中圆形的周长最短，圆度C最大为1，其他形状随着边界凹凸变化程度的增加，周长相应增加，圆度C随之减小。圆形的成像为椭圆圆度会小于1，本文选取圆度大于0.8提取编码点的黑色背景圆。
结构与面积约束：每个编码点中至少存在1个白色起始圆和1个白色编码带，故编码点的背景圆中至少提取两个白色连通区域，且其中1个白色连通区域的圆度与编码点黑色背景圆的圆度相同并且面积比符合设计关系：1：49，考虑提取误差，上述约束允许±10％的误差。
符合上述约束条件的黑色椭圆为编码点背景圆、白色椭圆为起始圆，按照设计原则黑色背景圆中面积大于起始圆的白色连通区域为本编码点的编码带。
S2提取起始圆中心坐标以及各编码带的中点。
如图4所示，按照投影原理起始圆的成像为椭圆，用最小二乘法拟合椭圆方程，椭圆的一般方程为：
x2+2Bxy+Cy2+2Dx+2Ey+F＝0
通过提取圆周坐标可以拟合椭圆的5个参数，则圆心坐可计算椭圆的中心坐标为：
Figure BDA0001862470410000041
S3根据仿射变换，对起始圆中心坐标以及各编码带的中点进行校正运算，将椭圆坐标转换为单位圆坐标。
如图5所示，根据成像原理，当物、像平面不平行时，会产生透视变形导致圆形编码点的成像为椭圆，起始圆和编码位所在圆周也变成椭圆形，如图4中椭圆C。如果直接读取图像中的编码位信息，可能会得到错误的解码结果，为提高识别准确率，解码前进行仿射变换，将椭圆形校正成圆形。本文为了提高解码效率只对图4中的椭圆C上的起始圆的中心坐标及每个编码带的起、止点坐标进行校正，被校正的点称为校正点，如图5所示，O-XY为图像坐标系，O’-X’Y’是过编码点成像椭圆圆心与O-XY平行的坐标系，O’-X“Y”是过椭圆圆心的椭圆长、短轴所在坐标系。X0是椭圆圆心O’点的坐标向量，X是图4中椭圆C上每个编码带两个端点坐标的向量，X”是O’-X“Y”坐标系下校正后的单位圆坐标向量，α是椭圆C的倾斜角度。将O-XY中的坐标信息，平移X0转换到O’-X’Y’坐标系下，旋转α角度后转换到O’-X“Y”坐标系下将椭圆坐标转换为单位圆，具体转换方程如下：
Figure BDA0001862470410000051
S4分别计算从起始圆起的相邻校正点与圆形背景圆心间的角度，记为θ；起始圆到第一个校正点的编码位的数量为N1＝(θ-m/2)/m，各校正点之间的编码位数量为N2＝θ/m，得到相邻黑、白编码位的个数，从而得到编码标志点对应的唯一编码，其中m＝360°/n，n为编码位与起始圆的数目之和。
根据编码点设计方案，编码点圆周有12位，每位占30°，按顺时针方向分别计算从起始圆开始相邻校正点与编码点圆心间的角度，记为θ；起始圆到第一个校正点的编码位的数量N1＝(θ-15°)/30°，各校正点之间的编码位数量N2＝θ/30°即可求出相邻黑、白编码位的个数。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带起始位的环形编码点，其特征在于：包括起始圆、圆形背景和若干编码位，所述起始圆、编码位均设于圆形背景中，编码位顺序连接形成圆环形，起始圆位于圆环形上并取代一个编码位，作为起始定位；一个或以上的连续编码位形成编码带，所述起始圆与编码带的面积不等，能根据面积相互区分；根据不同颜色的编码位组合构成不同的编码。
2.根据权利要求1所述的一种带起始位的环形编码点，其特征在于：所述圆形背景为黑色，起始圆为白色，所述编码位的颜色为黑色或白色。
3.根据权利要求1所述的一种带起始位的环形编码点，其特征在于：所述编码位的面积大于起始圆的面积。
4.根据权利要求1所述的一种带起始位的环形编码点，其特征在于：所述圆环形的圆心与圆形背景的圆心重合。
5.一种权利要求2所述环形编码点的解码方法，其特征在于：包括但不限于以下步骤：
S1对获取的图像进行处理，根据圆度准则、结构与面积准则共同约束提取编码信息；
S2提取起始圆中心坐标以及各编码带的中点；
S3根据仿射变换，对起始圆中心坐标以及各编码带的中点进行校正运算，将椭圆坐标转换为单位圆坐标；
S4分别计算从起始圆起的相邻校正点与圆形背景圆心间的角度，记为θ；起始圆到第一个校正点的编码位的数量为N1＝(θ-m/2)/m，各校正点之间的编码位数量为N2＝θ/m，得到相邻黑、白编码位的个数，从而得到编码标志点对应的唯一编码，其中m＝360°/n，n为编码位与起始圆的数目之和。
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