CN112750172A - 一种摄影测量中点状编码标志的改进方法 - Google Patents

一种摄影测量中点状编码标志的改进方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，具体涉及摄影测量领域，包括Hattori八点编码的生成，所述Hattori八点编码生成包括Hattori八点编码的构建，设置有六个模板点，分别为A1、A2、B、C、D、E和三十个编码点，分别为1‑30，六个模板点中B、C、D、E四个点固定不变，从A1和A2中任选一个作为模板点，三十个编码点中任选三个组成八点编码。本发明通过在五个模板点AEC的延长线上增加一个模板点，实现Hattori编码容量的两倍增长，并通过试验发现，在常规近景摄影测量角度范围内，识别率达到95％以上，满足实际作业需求。

Description

一种摄影测量中点状编码标志的改进方法
技术领域
本发明涉及摄影测量技术领域，更具体地说，本发明涉及一种摄影测量 中点状编码标志的改进方法。
背景技术
目前的近景数字摄影测量中，基本实现了高精度的自动化测量，替代了 传统的人工处理影像的过程。在这过程中，采用了带数字编码信息的编码标 志，来进行编码号的自动匹配。首先，通过图像处理方法对采集的影像数据 进行分析处理得到像素坐标；然后，利用编码标志自身特征信息确定其在图 像数据中的位置；最后，通过解码识别编码，完成编码号的自动匹配。不同 图像中相同的编码标志可以作为图像自动拼接的公共点；除此之外，编码标 志还有一个重要的角色——作为后方交会的控制点。快速高精度的自动化摄影测量技术，在很多领域得到了很大的推广和应用，如工业计量学、机器和 机器人视觉、医学、运动学、考古学、建筑学、建筑管理等。根据不同领域 的需求和实际现场环境，所采用的编码标志也各不相同。目前，国际上运用 较广泛的两种编码标志是点分布状及同心圆环状编码，分别以美国GSI公司的 V-STARS系统中使用的Hattori编码标志和德国Gom公司的TRITOP系统中使用 的Schneider编码标志为代表。
编码容量是指对于一种编码标志的设计，通过对其几何分布进行改变， 可以得到的所有编码标志的个数。V-STARS系统包含两种编码标志，分别称为 六点编码和八点编码，每个点都采用圆作为基本图形。两种编码标志的容量 是有差异的。每一种编码都具有一定的容量。随着被测量对象的尺寸的增大 和结构的复杂化，目前成熟的测量系统所配备编码的容量，不能达到上述领 域所需要的编码数量，这对大容量的编码标志设计提出了需求。
而传统的Hattori八点编码具有较强的可靠性，不容易丢失编码信息，而 且识别错误的概率也极低，已得到了广泛的实际测量应用。但是编码容量不 能满足人们的使用要求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种摄影测量中点 状编码标志的改进方法，本发明所要解决的技术问题是：如何提高编码的容 量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种摄影测量中点状编码 标志的改进方法，包括以下步骤：
步骤一：图像处理，所述图像处理包括图像预处理、边缘检测及跟踪和 中心定位；
步骤二：Hattori八点编码的生成，所述Hattori八点编码生成包括 Hattori八点编码的构建，设置有六个模板点，分别为A1、A2、B、C、D、E 和三十个编码点，分别为1-30，六个模板点中B、C、D、E四个点固定不变， 从A1和A2中任选一个作为模板点，三十个编码点中任选三个组成八点编码；
各点坐标值的设计，C点为原点，CD和CB分别为X轴和Y轴方向，构成 右手系；
编码库的生成，将三十个编码点分为两组，第一组为1-15号，第二组为 16-30号，编码点选取如下：
(1)在第一组中选取两个编码点，在第二组中选取一个编码点，同一组 两个编码点之间至少间隔两个编码点，有两种情况：1到3号选一个点，10 到15号选一个点(组合数为3*6)或者4到6号选一个点，13到15号选一 个点(组合数为3*3)，总的组合数为(3*6+3*3)*15为405；
(2)在第一组中选取一个编码点，在第二组中选取两个编码点，同一组 两个编码点之间至少间隔两个编码点，有两种情况：1到3号选一个点，10 到15号选一个点(组合数为3*6)或者4到6号选一个点，13到15号选一 个点(组合数为3*3)，总的组合数为(3*6+3*3)*15为405；
当模板点选取A1时，编码的容量为810，当模板点选取A2时，编码的容 量也是810，编码点的总容量为1620；
步骤三：解码，解码包括交比值的确定，利用模板点求解仿射变换参数， 再对编码点进行仿射变换，最终得到编码序列。
在一个优选的实施方式中，所述所述图像预处理是对原始图像进行平滑 滤波和区域分割处理过程，能够过滤掉图像中的噪声和非对象标志信息，尽 可能的只保留需要的标志信息；
所述边缘检测及跟踪是通过Canny算子检测出圆形编码标志的边缘，然 后对跟踪后的边缘和包含在边缘内的像素进行检验，进一步过滤掉不需要的 噪音；
所述中心定位是确定了标志的轮廓信息之后，获取各轮廓决定的图形质 心坐标，实现中心定位。
在一个优选的实施方式中，所述Hattori八点编码为十进制编码，五个 模板点的作用是编码点群的确定和仿射变换参数的求取，三个编码点决定编 码号。
在一个优选的实施方式中，所述五个模板点分别作两条连线AEC和BD， 并取两线交点F，并按照公式(1)可以得出四点A、E、C、F的交比值t：
Figure BDA0002598009500000031
在一个优选的实施方式中，所述步骤三中仿射变换参数通过五个模板点 的实际像素坐标和设计坐标根据最小二乘法计算得出。
在一个优选的实施方式中，所述仿射变换参数通过公式(2)能够得到仿 射变换关系，将三个编码点的实际像素坐标带入仿射变换关系中得到三个编 码点的反算坐标值，
Figure BDA0002598009500000041
与现有技术相比，本发明的技术效果和优点：
本发明通过在五个模板点AEC的延长线上增加一个模板点，实现Hattori 编码容量的两倍增长，并通过试验发现，在常规近景摄影测量角度范围内， 识别率达到95％以上，满足实际作业需求。
附图说明
图1为本发明改进编码标志设计结构示意图。
图2为本发明四点交比定义结构示意图。
图3为本发明实验分析中自动化制作的编码标志图。
图4为本发明实验分析中两组室内场景图。
图5为本发明实验分析中初步二值化图。
图6为本发明实验分析中预处理后图像。
图7为本发明实验分析中A1组识别结果。
图8为本发明实验分析中A2组识别结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
根据图1-2所示的一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，包括以下 步骤：
步骤一：图像处理，所述图像处理包括图像预处理、边缘检测及跟踪和 中心定位；
步骤二：Hattori八点编码的生成，所述Hattori八点编码生成包括Hattori八点编码的构建，设置有六个模板点，分别为A1、A2、B、C、D、E 和三十个编码点，分别为1-30，六个模板点中B、C、D、E四个点固定不变， 从A1和A2中任选一个作为模板点，三十个编码点中任选三个组成八点编码；
各点坐标值的设计，C点为原点，CD和CB分别为X轴和Y轴方向，构成 右手系；各点的设计坐标值如表五所示：
Figure BDA0002598009500000051
表五
编码库的生成，将三十个编码点分为两组，第一组为1-15号，第二组为 16-30号，编码点选取如下：
(1)在第一组中选取两个编码点，在第二组中选取一个编码点，同一组 两个编码点之间至少间隔两个编码点，有两种情况：1到3号选一个点，10 到15号选一个点(组合数为3*6)或者4到6号选一个点，13到15号选一 个点(组合数为3*3)，总的组合数为(3*6+3*3)*15为405；
(2)在第一组中选取一个编码点，在第二组中选取两个编码点，同一组 两个编码点之间至少间隔两个编码点，有两种情况：1到3号选一个点，10 到15号选一个点(组合数为3*6)或者4到6号选一个点，13到15号选一 个点(组合数为3*3)，总的组合数为(3*6+3*3)*15为405；
当模板点选取A1时，编码的容量为810，当模板点选取A2时，编码的容 量也是810，编码点的总容量为1620；
步骤三：解码，解码包括交比值的确定，利用模板点求解仿射变换参数， 再对编码点进行仿射变换，最终得到编码序列。
进一步的，所述所述图像预处理是对原始图像进行平滑滤波和区域分割 处理过程，能够过滤掉图像中的噪声和非对象标志信息，尽可能的只保留需 要的标志信息；
所述边缘检测及跟踪是通过Canny算子检测出圆形编码标志的边缘，然 后对跟踪后的边缘和包含在边缘内的像素进行检验，进一步过滤掉不需要的 噪音；
所述中心定位是确定了标志的轮廓信息之后，获取各轮廓决定的图形质 心坐标，实现中心定位。
进一步的，所述Hattori八点编码为十进制编码，五个模板点的作用是 编码点群的确定和仿射变换参数的求取，三个编码点决定编码号。
进一步的，所述五个模板点分别作两条连线AEC和BD，并取两线交点F， 并按照公式(1)可以得出四点A、E、C、F的交比值t：
Figure BDA0002598009500000071
进一步的，所述步骤三中仿射变换参数通过五个模板点的实际像素坐标 和设计坐标根据最小二乘法计算得出。
进一步的，所述仿射变换参数通过公式(2)能够得到仿射变换关系，将 三个编码点的实际像素坐标带入仿射变换关系中得到三个编码点的反算坐标 值
Figure BDA0002598009500000072
具体实施例为：以表一中的五个模板点A、B、C、D、E仿射变换前后的 坐标值以及表而中三个编码点的实际像素坐标为例：
Figure RE-GDA0002982463300000073
表一(设计坐标是变换前的，实际的像素坐标属于变换后的)
Figure RE-GDA0002982463300000074
表二
根据图2中四点交比定义图中直线L’和L，图中同一直线上的四点可以 将交比定义如下：
Figure RE-GDA0002982463300000081
Figure RE-GDA0002982463300000082
可以证明如下关系：
tL′(A′，B′，C′，D′)＝tL(A，B，C，D) (4)
将表一中的实际像素坐标和设计坐标利用最小二乘法计算处仿射变换参 数，如表三所示：
a b c d e f
0.18 -0.08 -71.32 0.08 0.18 -698.46
表三 将表三中的变换参数带入到公式(2)中得到仿射变换关系：
Figure RE-GDA0002982463300000083
将表二中的三个编码点实际坐标像素带入公式(5)中，可以求出三个编 码点的反算坐标值，按照一定的阈值范围，在设计坐标值中查找与之对应的 点坐标。反算坐标和匹配结果如表四所示：
Figure BDA0002598009500000091
表四
从表四中匹配误差可以反应出良好的匹配效果。查找与I、II和III三 个点匹配的设计坐标对应的点号分别为18、5和28。按照编码序列的生成规 则，可以得到该编码标志的编码序列为51828。最后，在编码库中查找出该编 码序列对应的编码号为CODE492。至此，完成了编码标志的解码工作。
实验分析：自制黑色背景的打印纸，编码点为白色填充，可以自动化制 作生产一系列编码标志，如图3所示；
随机抽取一些编码标志，分为两组：第一组中取A1作为模板点，共20 个编码标志；另一组取A2作为模板点，共24个编码标志。即编码标志在1-800 号的为A1组，其余在800-1700号的为A2组。将制作的标志贴附于一平面板 上，置于室内，正面拍摄(倾斜角度为0)，如图4所示；
以A1组为例展示预处理的结果。通过初步的二值化处理，可以得到如图 5所示的结果；再经过完善的预处理，可以得到较为理想的二值化图，如图6 所示；
通过编码识别算法，可以得到两组的编号识别结果，如图7和图8所示， 从识别结果图可以看出，两组所有编码标志都识别成功，而且识别的编码号 与真实编号完全吻合。
最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非 另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以 是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、 “下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对 位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结 构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同 实施例可以相互组合；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：图像处理，所述图像处理包括图像预处理、边缘检测及跟踪和中心定位；
步骤二：Hattori八点编码的生成，所述Hattori八点编码生成包括Hattori八点编码的构建，设置有六个模板点，分别为A1、A2、B、C、D、E和三十个编码点，分别为1-30，六个模板点中B、C、D、E四个点固定不变，从A1和A2中任选一个作为模板点，三十个编码点中任选三个组成八点编码；
各点坐标值的设计，C点为原点，CD和CB分别为X轴和Y轴方向，构成右手系；
编码库的生成，将三十个编码点分为两组，第一组为1-15号，第二组为16-30号，编码点选取如下：
(1)在第一组中选取两个编码点，在第二组中选取一个编码点，同一组两个编码点之间至少间隔两个编码点，有两种情况：1到3号选一个点，10到15号选一个点(组合数为3*6)或者4到6号选一个点，13到15号选一个点(组合数为3*3)，总的组合数为(3*6+3*3)*15为405；
(2)在第一组中选取一个编码点，在第二组中选取两个编码点，同一组两个编码点之间至少间隔两个编码点，有两种情况：1到3号选一个点，10到15号选一个点(组合数为3*6)或者4到6号选一个点，13到15号选一个点(组合数为3*3)，总的组合数为(3*6+3*3)*15为405；
当模板点选取A1时，编码的容量为810，当模板点选取A2时，编码的容量也是810，编码点的总容量为1620；
步骤三：解码，解码包括交比值的确定，利用模板点求解仿射变换参数，再对编码点进行仿射变换，最终得到编码序列。
2.根据权利要求1所述的一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，其特征在于：所述所述图像预处理是对原始图像进行平滑滤波和区域分割处理过程，能够过滤掉图像中的噪声和非对象标志信息，尽可能的只保留需要的标志信息；
所述边缘检测及跟踪是通过Canny算子检测出圆形编码标志的边缘，然后对跟踪后的边缘和包含在边缘内的像素进行检验，进一步过滤掉不需要的噪音；
所述中心定位是确定了标志的轮廓信息之后，获取各轮廓决定的图形质心坐标，实现中心定位。
3.根据权利要求1所述的一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，其特征在于：所述Hattori八点编码为十进制编码，五个模板点的作用是编码点群的确定和仿射变换参数的求取，三个编码点决定编码号。
4.根据权利要求1所述的一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，其特征在于：所述五个模板点分别作两条连线AEC和BD，并取两线交点F，并按照公式(1)可以得出四点A、E、C、F的交比值t：
Figure FDA0002598009490000021
5.根据权利要求1所述的一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，其特征在于：所述步骤三中仿射变换参数通过五个模板点的实际像素坐标和设计坐标根据最小二乘法计算得出。
6.根据权利要求5所述的一种摄影测量中点状编码标志的改进方法，其特征在于：所述仿射变换参数通过公式(2)能够得到仿射变换关系，将三个编码点的实际像素坐标带入仿射变换关系中得到三个编码点的反算坐标值
Figure FDA0002598009490000022
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