CN111415314B - 一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法及装置，依据待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵，以及标准图像中像素的分辨率数值，确定待定位物体的图像中像素的分辨率数值。因为标准图像中像素的分辨率数值由标准图像的分辨率参数和像素的坐标确定，分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，并且亚像素点的坐标和分辨率值依据标记点的物理距离和像素距离获得，可见基于亚像素点的坐标和分辨率值，对待定位图像的分辨率值进行修正，从而提高定位的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及电子信息领域，尤其涉及一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法及装置。
背景技术
图像的分辨率是视觉定位和测量应用中不可或缺的重要参数，对最终结果的精度有重要影响。对于二维平面视觉而言，分辨率一般是根据工作距离等参数计算或实验得到的一个固定参数。也就是图像上每一个像素点的分辨率值都认为是一致的。
然而事实上，在同一幅图像中的不同位置处，图像分辨率对应着不均匀分布的差异值。这一点对于高精度的亚像素级定位应用而言，是比较显著的误差来源。因此很有必要做针对性的补偿，以提高精度。
发明内容
本申请提供了一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法及装置，目的在于解决如何对图像进行亚像素级的分辨率补偿的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法，包括：
获取待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵，所述标准图像为所述待定位物体的正视图像；所述待定位物体上设置有至少两组标记点，每组标记点的数量不少于三个且共线；任意共线的两个标记点之间的物理距离值已知；所述待定位物体的图像为所述待定位物体在第一位置采集的图像，所述第一位置与所述正视图像的采集位置不同；
获取所述标准图像中像素的分辨率数值，所述标准图像中像素的分辨率数值由所述标准图像的分辨率参数和所述像素的坐标确定，所述分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，所述亚像素点的坐标和分辨率值依据所述标记点的所述物理距离和像素距离获得；
依据所述标准图像中像素的分辨率数值和所述单应性变换矩阵，确定所述待定位物体的图像中像素的分辨率数值。
可选的，所述获取所述标准图像中像素的分辨率数值，包括：
获取所述标准图像中的亚像素点的坐标和分辨率值；
将所述亚像素点的坐标和分辨率值代入预设的直线方程，计算得到所述分辨率参数；
依据所述分辨率参数和所述标准图像中像素的坐标，确定所述标准图像中像素的分辨率数值。
可选的，所述获取所述标准图像中的亚像素点的坐标和分辨率值，包括：
在所述标准图像中取点对，所述点对为第一组所述标记点中的两个点对和第二组所述标记点中的两个点对；
计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，作为所述亚像素点的分辨率值；
将所述各个点对构成的线段的中点在所述标准图像中的坐标，作为所述亚像素点的坐标。
可选的，所述计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，包括：
将所述中点所在的线段的两个端点之间的所述物理距离与像素距离之商，作为所述中点的分辨率。
一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正装置，包括：
第一获取模块，用于获取待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵，所述标准图像为所述待定位物体的正视图像；所述待定位物体上设置有至少两组标记点，每组标记点的数量不少于三个且共线；任意共线的两个标记点之间的物理距离值已知；所述待定位物体的图像为所述待定位物体在第一位置采集的图像，所述第一位置与所述正视图像的采集位置不同；
第二获取模块，用于获取所述标准图像中像素的分辨率数值，所述标准图像中像素的分辨率数值由所述标准图像的分辨率参数和所述像素的坐标确定，所述分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，所述亚像素点的坐标和分辨率值依据所述标记点的所述物理距离和像素距离获得；
确定模块，用于依据所述标准图像中像素的分辨率数值和所述单应性变换矩阵，确定所述待定位物体的图像中像素的分辨率数值。
可选的，所述第二获取模块用于获取所述标准图像中像素的分辨率数值，包括：
所述第二获取模块具体用于，获取所述标准图像中的亚像素点的坐标和分辨率值；将所述亚像素点的坐标和分辨率值代入预设的直线方程，计算得到所述分辨率参数；依据所述分辨率参数和所述标准图像中像素的坐标，确定所述标准图像中像素的分辨率数值。
可选的，所述第二获取模块用于获取所述标准图像中的亚像素点的坐标和分辨率值，包括：
所述第二获取模块具体用于，在所述标准图像中取点对，所述点对为第一组所述标记点中的两个点对和第二组所述标记点中的两个点对；计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，作为所述亚像素点的分辨率值；将所述各个点对构成的线段的中点在所述标准图像中的坐标，作为所述亚像素点的坐标。
可选的，所述第二获取模块用于计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，包括：
所述第二获取模块具体用于，将所述中点所在的线段的两个端点之间的所述物理距离与像素距离之商，作为所述中点的分辨率。
一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正设备，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序，所述处理器用于运行所述程序，以实现上述的基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，在计算机上运行所述计算机程序时，实现上述的基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法。
本申请所述的基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法及装置，依据待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵，以及标准图像中像素的分辨率数值，确定待定位物体的图像中像素的分辨率数值。因为标准图像中像素的分辨率数值由标准图像的分辨率参数和像素的坐标确定，分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，并且亚像素点的坐标和分辨率值依据标记点的物理距离和像素距离获得，可见基于亚像素点的坐标和分辨率值，对待定位图像的分辨率值进行修正，从而获得精度更高的分辨率数值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的待定位物体上设置有至少两组标记点的示例图；
图2为本申请实施例公开的一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法的流程图；
图3为本申请实施例公开的又一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法的流程图；
图4为本申请实施例公开的一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例所述的技术方案，可以应用在图1所示的场景下：图1中，待定位物体上设置有预设的标记点，这些标记点为在图像中可识别的点。
具体的，待定位物体上设置有至少两组标记点，每组标记点的数量不少于三个且共线。以图1所示的两组标记点为例，第一组标记点包括a1、a2、……、an，第二组标记点包括b1、b2、……、bm。a1、a2、……、an位于直线A上，b1、b2、……、bm位于直线B上。直线A与直线B相互垂直。
任意共线的两个标记点之间的物理距离值(即在待定位物体上的实际距离值)已知。如图1所示，已知a1a2、a2a3、b1b2、b2b3四条线段的物理长度。
对于待定位物体的定位是指，待定位物体被摄像头采集到图像，依据图像实现定位，具体的定位算法可以参见现有技术，这里不再赘述。定位需要使用图像中像素的分辨率，本申请实施例所述的技术方案，为在定位过程中，修正图像中像素的分辨率，以提高定位结果的精度。
图2为本申请实施例公开的一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法，包括以下步骤：
S201：使用相机(例如工业相机)采集待定位物体的图像，这里称为第一图像。
需要说明的是，因为标记点用于分辨率的修正，所以，待定位物体具有标记点的部分一定要能被相机采集到，或者，在待定位物体的每一个能被相机采集到的平面，设置上述标记点。
即采集到的图像中包括上述标记点。可选的，可以对采集到的图像进行滤波降噪等处理，获得质量较好的图像。
S202：通过在第一图像中识别标记点，识别第一图像中的直线A和直线B。
S203：通过预设的第二图像，计算第二图像与第一图像的单应性转化矩阵。
其中，第二图像为预先采集的、具有标记点的待定位物体的标准图像。所谓标准图像，即根据待定位物体构建的理想正视图像。构建方法可以是待定位物体的数模截图，或者是直接用相机在标准位置进行采集，或者是根据已有数据的人工作图。
单应性转化矩阵为第一图像单应性转换为第二图像，需要相乘的矩阵，本实施例中，将单应性转化矩阵记为A，则根据现有的单应性转化算法，A＝第二图像矩阵/第一图像矩阵。
本实施例中，为了与第一图像中的标记点区分，将第二图像中的第一组标记点记为A1、A2、……、An，将第二图像中的第二组标记点记为B1、B2、……、Bm。
基于单应性转换的原理，可以理解的是，A1、A2、……、An中两点之间的像素距离(也就是像素数量)，正比于a1、a2、……、an中对应两点之间的物理距离值，B2、……、Bm中两点之间的像素距离正比于b1、b2、……、bm中对应两点之间的物理距离值。假设比例系数为K，则以A1和A2为例，A1和A2之间的像素距离P，与a1和a2之间的物理距离L之间满足关系：L＝K*P。
S204：在第二图像中，任取第一组标记点中的两个点对，和第二组标记点中的两个点对。
例如，假设在第一组标记点中取点对A1A2和A2An。在第二组标记点中取点对B1B2和B2Bm。
S205：计算各个点对构成的线段的中点的分辨率。
具体的，点对A1A2构成的线段的中点记为A12，A12的分辨率RA12＝LA12/CA12。其中LA12是点A1与A2之间的物理距离值(也就是a1与a2之间的已知物理距离值)，CA12是点A1与A2之间的像素距离值(也就是A1与A2之间的像素数量)。CA12的获取方式可在图像中识别到A12和A12两点，通过计数两点之间的像素数得到。
类似的，点对A2An构成的线段的中点记为A2n，RA2n＝LA2n/CA2n。LA2n是点A2与An之间的物理距离值(也就是a2与an之间的已知物理距离值)，CA2n是点A2与An之间的像素距离值。
线段B1B2的中点B12的分辨率RB12＝LB12/CB12。LB12是点B1与B2之间的物理距离值(也就是b1与b2之间的已知物理距离值)，CB12是点B1与B2之间的像素距离值。
线段B2Bm的中点B2m的分辨率RB2m＝LB12/CB2m。LB2m是点B2与Bm之间的物理距离值(也就是b2与bm之间的已知物理距离值)，CB2m是点B2与Bm之间的像素距离值。
S206：利用中点的分辨率值和在第二图像中的坐标，计算分辨率参数。
其中，分辨率参数为平面方程Ax+By+Cz+D＝0中的系数A、B、C和D。平面方程中，x和y为点在图像中的坐标，z为点的分辨率值。
具体的，将上述中点的分辨率值和坐标分别代入平面方程，即可得到平面方程的系数，即分辨率参数。
需要说明的是，也可以重复执行S204-S206，计算得到多组不同的中点确定的分辨率参数，并将平均值作为最终的分辨率参数。
S207：依据第二图像的分辨率参数和平面方程，计算第二图像中像素点的分辨率数值。
具体的，将第二图像中任一个像素点的坐标代入系数已知的平面方程，即得到该像素点的分辨率数值。
S208：依据单应性转化矩阵，由第二图像中像素点的分辨率数值，计算第一图像中像素点的分辨率数值。
具体的，对于任意一个像素点，在第一图像中的分辨率数值＝在第二图像中的分辨率数值/A。
从图2所示的流程可以看出，使用标准图像中的标记点之间的关系，得到分辨率参数的值，进而可以计算标准图像中的任意像素点的分辨率值，再依据采集到的图像与标准图像之间的单应性变换矩阵，可以得到采集到的图像中的任意像素的分辨率数值。与现有技术所有像素均使用相同的固定分辨率值相比，使用单应性变换矩阵对相机和待定位物体之间的相对角度和距离值进行了补偿，从而使得分辨率数值具有更高的准确性。
需要说明的是，实际应用中，可以仅依据标准图像，计算一次分辨率参数，而无需每次对待定位物体计算分辨率时，重新计算分辨率参数。而仅在待定位物体改变(例如由物体A变成了物体B或者物体A相对相机的位置发生变化)后，重新计算分辨率参数即可。
因此，上述流程可以概括为图3所示的流程，包括以下步骤：
S301：获取待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵。
具体的，可以采集或构建待定位物体的标准图像。
具体的，可以将相机正对待定位物体采集得到标准图像，即上述第二图像，也可以自定义相机与待定位物体的角度采集得到标准图像。也就是说，标准图像为预设条件下采集得到的图像。预设条件可以依据实际需求和经验设定。也可以直接导入待定位物体的数模截图等人工构建图像。
待定位物体上设置有至少两组标记点，每组标记点的数量不少于三个且共线；任意共线的两个标记点之间的物理距离值已知；所述待定位物体的图像为所述待定位物体在第一位置采集的图像，所述第一位置与所述正视图像的采集位置不同。
S302：获取标准图像中像素的分辨率数值。
其中，所述标准图像中像素的分辨率数值由所述标准图像的分辨率参数和所述像素的坐标确定，所述分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，所述亚像素点的坐标和分辨率值依据所述标记点的所述物理距离和像素距离获得。
计算标准图像的像素点的分辨率数值的具体实现方式，可以参见S204-S207。
S303：依据标准图像中像素的分辨率数值和所述单应性变换矩阵，确定待定位物体的图像中像素的分辨率数值。
图3所示的流程，能够使用标准图像中的亚像素点的分辨率数值，修正待定位物体的图像中像素的分辨率数值，从而获得精度更高的分辨率数值。
图4为本申请实施例公开的一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正装置，包括：第一获取模块、第二获取模块和确定模块。
其中，第一获取模块用于获取待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵，所述标准图像为所述待定位物体的正视图像；所述待定位物体上设置有至少两组标记点，每组标记点的数量不少于三个且共线；任意共线的两个标记点之间的物理距离值已知；所述待定位物体的图像为所述待定位物体在第一位置采集的图像，所述第一位置与所述正视图像的采集位置不同。
第二获取模块用于获取所述标准图像中像素的分辨率数值，所述标准图像中像素的分辨率数值由所述标准图像的分辨率参数和所述像素的坐标确定，所述分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，所述亚像素点的坐标和分辨率值依据所述标记点的所述物理距离和像素距离获得。
确定模块用于依据所述标准图像中像素的分辨率数值和所述单应性变换矩阵，确定所述待定位物体的图像中像素的分辨率数值。
进一步的，第二获取模块获取所述标准图像中像素的分辨率数值的具体实现方式为：获取所述标准图像中的亚像素点的坐标和分辨率值；将所述亚像素点的坐标和分辨率值代入预设的直线方程，计算得到所述分辨率参数；依据所述分辨率参数和所述标准图像中像素的坐标，确定所述标准图像中像素的分辨率数值。
进一步的，第二获取模块获取所述标准图像中的亚像素点的坐标和分辨率值的具体实现方式为：在所述标准图像中取点对，所述点对为第一组所述标记点中的两个点对和第二组所述标记点中的两个点对；计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，作为所述亚像素点的分辨率值；将所述各个点对构成的线段的中点在所述标准图像中的坐标，作为所述亚像素点的坐标。
进一步的，第二获取模块计算各个点对构成的线段的中点的分辨率的具体实现方式为：将所述中点所在的线段的两个端点之间的所述物理距离与像素距离之商，作为所述中点的分辨率。
本申请实施例还公开了一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正设备，包括存储器和处理器。所述存储器用于存储程序，所述处理器用于运行所述程序，以实现上述实施例所述的基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法。
本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，在计算机上运行所述计算机程序时，实现上述实施例所述的基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法。
本申请实施例方法所述的功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算设备(可以是个人计算机，服务器，移动计算设备或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法，其特征在于，包括：
获取待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵，所述标准图像为所述待定位物体的正视图像；所述待定位物体上设置有至少两组标记点，每组标记点的数量不少于三个且共线；任意共线的两个标记点之间的物理距离值已知；所述待定位物体的图像为所述待定位物体在第一位置采集的图像，所述第一位置与所述正视图像的采集位置不同；
获取所述标准图像中像素的分辨率数值，所述标准图像中像素的分辨率数值由所述标准图像的分辨率参数和所述像素的坐标确定，所述分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，所述亚像素点的坐标和分辨率值依据所述标记点的所述物理距离和像素距离获得；
依据所述标准图像中像素的分辨率数值和所述单应性变换矩阵，确定所述待定位物体的图像中像素的分辨率数值；
所述获取所述标准图像中像素的分辨率数值，包括：
在所述标准图像中取点对，所述点对为第一组所述标记点中的两个点对和第二组所述标记点中的两个点对；
计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，作为所述亚像素点的分辨率值；
将所述各个点对构成的线段的中点在所述标准图像中的坐标，作为所述亚像素点的坐标；
将所述亚像素点的坐标和分辨率值代入预设的直线方程，计算得到所述分辨率参数；其中，所述分辨率参数为所述预设的直线方程Ax+By+Cz+D＝0中的系数A、B、C和D，所述方程中，x和y为点在图像中的坐标，z为点的分辨率值；
依据所述分辨率参数和所述标准图像中像素的坐标，确定所述标准图像中像素的分辨率数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，包括：
将所述中点所在的线段的两个端点之间的所述物理距离与像素距离之商，作为所述中点的分辨率。
3.一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取待定位物体的图像与预设的标准图像之间的单应性变换矩阵，所述标准图像为所述待定位物体的正视图像；所述待定位物体上设置有至少两组标记点，每组标记点的数量不少于三个且共线；任意共线的两个标记点之间的物理距离值已知；所述待定位物体的图像为所述待定位物体在第一位置采集的图像，所述第一位置与所述正视图像的采集位置不同；
第二获取模块，用于获取所述标准图像中像素的分辨率数值，所述标准图像中像素的分辨率数值由所述标准图像的分辨率参数和所述像素的坐标确定，所述分辨率参数依据亚像素点的坐标和分辨率值获得，所述亚像素点的坐标和分辨率值依据所述标记点的所述物理距离和像素距离获得；
确定模块，用于依据所述标准图像中像素的分辨率数值和所述单应性变换矩阵，确定所述待定位物体的图像中像素的分辨率数值；
所述第二获取模块用于获取所述标准图像中像素的分辨率数值，包括：
所述第二获取模块具体用于，在所述标准图像中取点对，所述点对为第一组所述标记点中的两个点对和第二组所述标记点中的两个点对；计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，作为所述亚像素点的分辨率值；将所述各个点对构成的线段的中点在所述标准图像中的坐标，作为所述亚像素点的坐标；将所述亚像素点的坐标和分辨率值代入预设的直线方程，计算得到所述分辨率参数；依据所述分辨率参数和所述标准图像中像素的坐标，确定所述标准图像中像素的分辨率数值，其中，所述分辨率参数为所述预设的直线方程Ax+By+Cz+D＝0中的系数A、B、C和D，所述方程中，x和y为点在图像中的坐标，z为点的分辨率值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块用于计算各个点对构成的线段的中点的分辨率，包括：
所述第二获取模块具体用于，将所述中点所在的线段的两个端点之间的所述物理距离与像素距离之商，作为所述中点的分辨率。
5.一种基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储程序，所述处理器用于运行所述程序，以实现权利要求1-2任一项所述的基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，在计算机上运行所述计算机程序时，实现权利要求1-2任一项所述的基于亚像素级视觉定位技术的分辨率修正方法。
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