CN113112550A - 一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标及其编码方法 - Google Patents

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CN113112550A CN202110397443.9A CN202110397443A CN113112550A CN 113112550 A CN113112550 A CN 113112550A CN 202110397443 A CN202110397443 A CN 202110397443A CN 113112550 A CN113112550 A CN 113112550A
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Abstract

本发明公开了一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标及其编码方法，所述编码平面靶标，包含由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，每一个平行四边形编码单元设置有定位图案、定向图案和编码标志图案，编码标志图案由多个编码单元图案组成；所述编码方法，可对编码平面靶标旋转方向进行判断以及给每一个标定角点进行编码。本发明能够给予编码平面靶标中的每一个标定角点一个确定且唯一的编码号，能够完成高精度的同名点匹配；各个编码单元均包含各自的编码信息且相互独立，在摄像机标定中的应用更具较强的鲁棒性。

Description

一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标及其编码方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉中的摄像机标定领域，具体为一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标及其编码方法，适用于单目摄像机标定、双目摄像机标定以及多目视觉系统的标定等领域。
背景技术
计算机视觉被广泛地应用于目标识别、视觉定位、三维测量学等诸多领域，计算机视觉需要解决的首要和根本性问题就是摄像机标定，摄像机标定是计算机视觉测量技术研究的一大难点；其最终目的是为了求解摄像机的内外参数，找到像素坐标与世界坐标的对应关系；摄像机标定技术因此受到了更加广泛的关注，也得到了迅速的发展。
为了完成摄像机标定，需要通过标定靶标来实现，例如Roger Tsai在1896年提出的基于径向约束的摄像机标定算法，该算法借助的是立体靶标，3D立体靶标虽然能够实现摄像机标定并求解出摄像机内外参数，但其体积较大，缺乏一定的灵活性，不易于移动；张正友(Z.YZhang)于1999年给出了基于平面靶标的摄像机标定算法，该方法利用传统的平面棋盘格靶标，平面棋盘格靶标结构简单，让标定过程变得更加灵活，而在实际标定过程中摄像机经常拍摄到不完整的靶标图像，此时使用传统的没有包含方向信息和编码信息的平面棋盘格靶标就无法进行摄像机标定。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提出了一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标及其编码方法，能够给予编码平面靶标中的每一个标定角点一个确定的且唯一的编码号，使得多目摄像机标定的过程中即使拍摄不到完整的编码平面靶标依然能够完成高精度的同名点匹配；另外编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元均包含各自的编码信息且相互独立，与方向性靶标相比本发明提出的编码平面靶标在摄像机标定中的应用更具较强的鲁棒性。
为实现上述效果，本发明采用的技术方案为：
一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，所述编码平面靶标由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，所述编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，所述编码平面靶标一共包含M行×N列个标定角点，其中M和N均为正整数。
编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的内部设置有编码图案，编码图案包括定位图案、定向图案和编码标志图案，编码标志图案由多个编码单元图案组成，所述定向图案和定位图案用于编码平面靶标旋转方向的判断，所述编码标志图案用于给编码平面靶标中每一个标定角点进行编码。
进一步的，所述编码平面靶标中所有平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元均为长度为a且宽度为b的平行四边形，a和b均大于零。
进一步的，所述编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元内部的定位图案、定向图案和编码单元图案均不重叠且不连通。
进一步的，每个所述平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向均与编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元的一个边线方向一致。
进一步的，同一平行四边形编码单元的定位图案和定向图案均在所属平行四边形编码单元的内部，且同一平行四边形编码单元内的定位图案的质心和定向图案的质心均在所属平行四边形编码单元的质心附近。
在同一平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向与规定向量q的方向相同；在编码平面靶标内同一个平行四边形编码单元中的多个编码单元图案的尺寸可以互不相同。
进一步的，在同一个平行四边形编码单元中，每个编码单元图案的轮廓长度均小于定位图案的轮廓长度，并且定位图案的轮廓长度小于(2a+2b)。
进一步的，所述编码平面靶标中所有平行四边形编码单元的背景颜色相同，且为颜色I；所有平行四边形非编码单元的颜色均相同，且为颜色II，颜色II与颜色I具有明显的差异；所述编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色均相同，且为颜色III，颜色III与颜色I具有明显差异；编码平面靶标中所有平行四边形编码单元内所包含的所有编码单元图案的颜色与颜色I相同或者与颜色III相同。
进一步的，在同一个平行四边形编码单元内，编码单元图案的位置和颜色由编码平面靶标内每个标定角点的非唯一性编码方法确定。
进一步的，在同一个平行四边形编码单元内，编码单元图案的颜色为颜色I或颜色III。
进一步的，同一个平行四边形编码单元内包含2个颜色为颜色I的连通域，且距离定向图案质心最近的颜色为颜色I的连通域面积小于另一个颜色为颜色I的连通域面积。具体的，在编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元内部的定位图案是一个实心圆，定向图案是一个圆环，编码单元图案均为实心圆。编码平面靶标内不同的平行四边形编码单元包含的定位图案的面积大小可以相同或者不同、不同的平行四边形编码单元包含的定向图案的面积大小可以相同或者不同；不同的平行四边形编码单元包含的编码单元图案的面积大小可以相同或者不同。
还提出了一种用于所述的编码平面靶标内每个标定角点的编码方法，包括以下步骤：
步骤1、取整数zv作为编码平面靶标中的初始编码号，根据编码平面靶标中标定角点的行数M和列数N计算确定平行四边形编码单元总数ε；
其中zv满足公式(1)：
zv≤4096-ε (1)
平行四边形编码单元总数ε可以由公式(2)或(3)获得：
若M、N均为奇数，或M、N为一奇一偶时，则可由公式(2)计算ε：
ε＝[(M-1)(N-1)]/2+M+N (2)
若M、N均为偶数时，则可由公式(3)计算ε：
ε＝[(M-1)(N-1)+1]/2+M+N (3)
任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv，并在编码平面靶标向量确定编码单元Γv内选取规定向量
Figure BDA0003019077890000031
辅助向量
Figure BDA0003019077890000032
和正向向量
Figure BDA0003019077890000033
具体的，任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv，任取编码平面靶标向量确定编码单元Γv的一个顶点记为向量确定编码单元第一顶点o″1，在编码平面靶标向量确定编码单元Γv中将相交形成向量确定编码单元第一顶点o″1的任意一条边记为向量确定编码单元第一边Nv1，在向量确定编码单元第一边Nv1上取向量确定编码单元Γv的顶点记为向量确定编码单元第一边上第一点o″2，其中向量确定编码单元第一边上第一点o″2与向量确定编码单元第一顶点o″1是互不重合的2个点，记向量
Figure BDA0003019077890000034
为规定向量
Figure BDA0003019077890000035
将编码平面靶标所在的平面记为靶标平面Pt，以向量确定编码单元第一顶点o″1为起点做一个与规定向量
Figure BDA0003019077890000041
同向的单位向量记为第1个规定单位向量
Figure BDA0003019077890000042
当人正视看向编码平面靶标时，以向量确定编码单元第一顶点o″1为旋转中心，在靶标平面Pt内将第1个规定单位向量
Figure BDA0003019077890000043
逆时针旋转β′角度(0°＜β′＜90°)得到第2个规定单位向量
Figure BDA0003019077890000044
在空间中以向量确定编码单元第一顶点o″1为起点做一个与
Figure BDA0003019077890000045
所得向量的方向相同的单位向量，并记为正向向量
Figure BDA0003019077890000046
将编码平面靶标向量确定编码单元Γv上距离编码平面靶标向量确定编码单元Γv中的定向图案最近的两个顶点分别记为第1临时顶点o″3和第2临时顶点o″4；若向量
Figure BDA0003019077890000047
叉乘规定向量
Figure BDA0003019077890000048
所得向量的方向与正向向量
Figure BDA0003019077890000049
的方向相同，则将记为向量
Figure BDA00030190778900000410
辅助向量
Figure BDA00030190778900000411
若向量
Figure BDA00030190778900000412
叉乘规定向量
Figure BDA00030190778900000413
所得向量的方向与正向向量
Figure BDA00030190778900000414
的方向相同，则将向量
Figure BDA00030190778900000415
记为辅助向量
Figure BDA00030190778900000416
步骤2、对编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元进行编码；
步骤3、建立靶标坐标系；
步骤4、取整数变量e，并赋予其初值e＝zv；
步骤5、在编码平面靶标中，码号为e对应的平行四边形编码单元内，通过过定位图案质心ol,e和定向圆环质心od,e的直线l3,e、过定位图案质心ol,e且平行于距离定位圆质心ol,e最近的两个顶点所在直线的直线l1,e、过定向图案质心od,e且平行于直线l1,e的直线l2,e将编码号为e对应的平行四边形编码单元划分为6个编码区域，且每个编码区域内均包含2个编码单元图案；
具体的，记编码号为e对应的平行四边形编码单元内的定位圆质心的靶标坐标为ol,e(xl,e,yl,e,0)，编码号为e对应的平行四边形编码单元内的定向圆环质心的靶标坐标为od,e(xd,e,yd,e,0)；记编码号为e对应的平行四边形编码单元内由定向圆环质心指向定位圆质心的向量为编码号为e对应的平行四边形编码单元内的方向向量
Figure BDA00030190778900000417
在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，将距离定位圆质心ol,e最近的两个顶点分别记为Ce,1min(xe,1min，ye,1min,0)和Ce,2min(xe,2min，ye,2min,0)；
则编码号为e对应的平行四边形编码单元内的方向向量
Figure BDA00030190778900000418
由式(6)计算得出：
Figure BDA00030190778900000419
将由顶点Ce,1min(xe1min，ye,1min，0)和顶点Ce,2min(xe,2min，ye,2min，0)组成的向量记为编码码号为e对应的平行四边形编码单元内的顶点向量
Figure BDA00030190778900000420
且顶点向量
Figure BDA00030190778900000421
可由式(7)算出：
Figure BDA0003019077890000051
在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，记过定位圆质心ol,e且平行于顶点向量
Figure BDA0003019077890000052
的直线为l1,e，过定向圆环质心od,e且平行于顶点向量
Figure BDA0003019077890000053
的直线为l2,e，记通过定位圆质心ol,e和定向圆环质心od,e的直线为l3,e；
则利用直线l3,e、直线l1,e与直线l2,e可将编码号为e对应的平行四边形编码单元划分为6个编码区域，且编码号为e对应的平行四边形编码单元中每个编码区域内均包含2个编码单元图案；
步骤6、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，计算出编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第一判断向量、第二判断向量、区域划分第一向量
Figure BDA0003019077890000054
和区域划分第二向量
Figure BDA0003019077890000055
根据区域划分第一向量
Figure BDA0003019077890000056
和区域划分第二向量
Figure BDA0003019077890000057
的方向情况对编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域和第6编码区域进行编码；
具体的，先由式(8)和式(9)分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第一判断向量
Figure BDA0003019077890000058
和第二判断向量
Figure BDA0003019077890000059
Figure BDA00030190778900000510
Figure BDA00030190778900000511
再由式(10)和式(11)分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码单元内的区域划分第一向量
Figure BDA00030190778900000512
和区域划分第二向量
Figure BDA00030190778900000513
Figure BDA00030190778900000514
Figure BDA00030190778900000515
并进行如下判断：
若
Figure BDA00030190778900000516
且
Figure BDA00030190778900000517
则将顶点Ce,1min(xe,1min，ye,1min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030190778900000518
且该编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域；同时将顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030190778900000519
且将编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第6编码区域；
若
Figure BDA00030190778900000520
且
Figure BDA00030190778900000521
则将顶点Ce,1min(xe,1min，ye,1min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030190778900000522
且将该编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第6编码区域；同时将顶点Ce,2min(xe,2min，ye,2min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030190778900000523
且将该编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域；
步骤7、在编码号为e对应的平行四边形编码单元中，将第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向依次将编码号为e对应的平行四边形编码单元中的6个编码区域记为第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域；
步骤8、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第σ编码区域中，根据第i个编码单元图案的质心到直线l1,e的距离
Figure BDA0003019077890000061
和到直线l3,e的距离的距离
Figure BDA0003019077890000062
之间的大小关系，确定第σ编码区域中的第i个编码单元图案为第σ编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000063
/第2位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000064
其中σ＝1，2，5，6，i＝1，2；
具体的，将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第σ编码区域(σ＝1，2，5，6)中的第i个编码单元图案(i＝1，2)的质心到直线l1,e的距离记为
Figure BDA0003019077890000065
将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第θ号编码区域(θ＝1，2，3，4，5，6)中的第i个(i＝1，2)编码单元图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure BDA0003019077890000066
则
Figure BDA0003019077890000067
和
Figure BDA0003019077890000068
满足式(12)或式(13)，其中σ＝1，2，5，6且i＝1，2；
Figure BDA0003019077890000069
Figure BDA00030190778900000610
若在编码号为e对应的平行四边形编码单元内的第σ编码区域中，当
Figure BDA00030190778900000611
且
Figure BDA00030190778900000612
时，则记第1个编码单元图案为编码号为该编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000613
记第2个编码单元图案为编码号为该码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000614
其中σ＝1，2，5，6；
若在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第σ编码区域中，当
Figure BDA00030190778900000615
且
Figure BDA00030190778900000616
时，则记第2个编码单元图案为该编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000617
记第1个编码单元图案为该编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000618
其中σ＝1，2，5，6；
步骤9、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第π编码区域中，根据第i个编码单元图案的质心到直线l2,e的距离
Figure BDA00030190778900000619
和到直线l3,e的距离的距离
Figure BDA00030190778900000620
之间的大小关系，确定第π编码区域中的第i个编码单元图案为第π编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000621
/第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000622
其中π＝3，4，i＝1，2；
具体的，将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第π编码区域(π＝3，4)中的第i个(i＝1，2)编码单元图案的质心到直线l2,e的距离记为
Figure BDA0003019077890000071
将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第θ号编码区域(θ＝1，2，3，4，5，6)中的第i个(i＝1，2)编码单元图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure BDA0003019077890000072
则
Figure BDA0003019077890000073
和
Figure BDA0003019077890000074
满足式(14)或式(15)，其中π＝3，4且i＝1，2；
Figure BDA0003019077890000075
Figure BDA0003019077890000076
若在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第π编码区域中，当
Figure BDA0003019077890000077
且
Figure BDA0003019077890000078
时，则记第1个编码单元图案为该编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000079
记第2个编码单元图案为该编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000710
其中π＝3，4；
若在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第π编码区域中，当
Figure BDA00030190778900000711
且
Figure BDA00030190778900000712
时，则记第2个编码单元图案为该编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000713
记第1个编码单元图案为该编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000714
其中π＝3，4；
步骤10、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，将第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000715
对应的编码值记为
Figure BDA00030190778900000716
其中j＝1，2且θ＝1，2，3，4，5，6，并且
Figure BDA00030190778900000717
的取值只能为0或1；
步骤11、对于编码号为e对应的平行四边形编码单元，记编码号e所对应的12位二进制数为we，并且规定
Figure BDA00030190778900000718
Figure BDA00030190778900000719
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数we的十二位数值，且须满足下式(16)：
GT·Fe＝＝e (16)
其中：列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T；
列向量
Figure BDA00030190778900000720
步骤12、根据确定的编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000721
所对应的编码值
Figure BDA00030190778900000722
的取值，设定第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure BDA00030190778900000723
的颜色为颜色I或颜色III，其中j＝1，2且θ＝1，2，3，4，5，6；
具体的，若编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000081
的编码值
Figure BDA0003019077890000082
则令编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000083
的颜色为颜色I，其中j＝1，2且θ＝1，2，3，4，5，6；
若编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000084
的编码值
Figure BDA0003019077890000085
则令编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000086
的颜色为颜色III，其中j＝1，2且θ＝1，2，3，4，5，6；
步骤13、根据编码号为e的平行四边形编码单元中标定角点的个数ge，将位于编码号为e的平行四边形编码单元内第
Figure BDA0003019077890000087
编码区域上的标定角点记为标定角点
Figure BDA0003019077890000088
其中ge＝1，2，4，
Figure BDA0003019077890000089
的取值为1、3、4、6中的部分数值；
具体的，若ge＝＝1，将位于编码号为e的平行四边形编码单元内第
Figure BDA00030190778900000810
编码区域上的标定角点记为编码号为e的平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030190778900000811
编码区域的标定角点
Figure BDA00030190778900000812
其中
Figure BDA00030190778900000813
的取值为1、3、4、6中的某一数值；
若ge＝＝2，将位于编码号为e的平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030190778900000814
编码区域上的标定角点记为编码号为e的平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030190778900000815
编码区域的标定角点
Figure BDA00030190778900000816
2个标定角点的在各区域内的分布包括以下4种具体情形：
Figure BDA00030190778900000817
若ge＝＝4，将位于编码号为e的平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030190778900000818
编码区域上的标定角点记为编码号为e的平行四边形编码单元中第
Figure BDA00030190778900000819
编码区域的标定角点
Figure BDA00030190778900000820
其中
Figure BDA00030190778900000821
步骤14、把(e+1)重新赋值给e，进行如下判断：
若满足e＜(zv+ε)，则返回步骤5开始执行；
若满足e≥(zv+ε)，则结束；
至此编码平面靶标上的每个标定角点获得了2个编码序号(即完成各个标定角点的非唯一编码)；每个标定角点的2个编码序号均可实现判断唯一确定的标定角点所在编码平面靶标上的行、列数完成所有平行四边形编码单元的非唯一性编码工作；
步骤15、将所得出的编码平面靶标上平行四边形编码单元的编码号以及每个标定角点的2个编码序号(即非唯一行编码号)作为输入条件，完成编码平面靶标上每个标定角点唯一性编码。
进一步的，步骤2中，对编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元进行编码的过程，包括以下步骤：
步骤2.1、任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元Π1和一个与平行四边形编码单元Π1存在公共顶点的平行四边形编码单元Π2；
步骤2.2、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，沿着与规定向量
Figure BDA0003019077890000091
相反的方向上搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000092
具体的，若在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，沿着与规定向量
Figure BDA0003019077890000093
相反的方向上搜寻不到平行四边形编码单元，则将平行四边形编码单元Π1作为纵向末端平行四边形编码单元1，记为
Figure BDA0003019077890000094
若在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，沿着与规定向量
Figure BDA0003019077890000095
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将沿着与规定向量
Figure BDA0003019077890000096
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π1最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元1，记为
Figure BDA0003019077890000097
步骤2.3、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π2开始，并且沿着与规定向量
Figure BDA0003019077890000098
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000099
具体的，若从平行四边形编码单元Π2开始，沿着与规定向量
Figure BDA00030190778900000910
相反的方向搜寻不到平行四边形编码单元，则将平行四边形编码单元Π2作为纵向末端平行四边形编码单元2，记为
Figure BDA00030190778900000911
若从平行四边形编码单元Π2开始，沿着与规定向量
Figure BDA00030190778900000912
相反的方向可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与规定向量
Figure BDA00030190778900000913
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π2最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元2，记为
Figure BDA00030190778900000914
步骤2.4、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900000915
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA00030190778900000916
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定横向末端平行四边形编码单元Γ1；
具体的，若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900000917
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA00030190778900000918
相反的方向上搜寻不到平行四边形编码单元，则将纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900000919
作为横向末端平行四边形编码单元1，记为Γ1；
若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900000920
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA00030190778900000921
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与辅助向量
Figure BDA00030190778900000922
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900000923
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元1，记为Γ1；
步骤2.5、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000101
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA0003019077890000102
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定横向末端平行四边形编码单元Γ2；
具体的，若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000103
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA0003019077890000104
相反的方向上搜寻不到平行四边形编码单元，则将纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000105
作为横向末端平行四边形编码单元2，记为Γ2；
若从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000106
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA0003019077890000107
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与辅助向量
Figure BDA0003019077890000108
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000109
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元2，记为Γ2；
步骤2.6、根据横向末端平行四边形编码单元Γ1中标定角点的数量Φ1和横向末端平行四边形编码单元Γ2中标定角点的数量Φ2的数值大小情况，将横向末端平行四边形编码单元Γ1/横向末端平行四边形编码单元Γ2中的编码记为zv，并将横向末端平行四边形编码单元Γ1/横向末端平行四边形编码单元Γ2记为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001010
将横向末端平行四边形编码单元Γ2/横向末端平行四边形编码单元Γ1记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001011
具体的，若Φ1＝＝1且Φ2＝＝4，则横向末端平行四边形编码单元Γ1的编码号即为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元Γ1为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001012
将横向末端平行四边形编码单元Γ2记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001013
若Φ1＝＝4且Φ2＝＝1，则横向末端平行四边形编码单元Γ2的编码号即为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元Γ2为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001014
将横向末端平行四边形编码单元Γ1记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001015
若Φ1＝＝2且Φ2＝＝2，记横向末端平行四边形编码单1Γ1中的两个标定角点分别为ε′1和ε″1，记横向末端平行四边形编码单元Γ2中的两个标定角点分别为ε′2和ε″2，包括以下两种具体情形：
(1)当
Figure BDA00030190778900001016
与
Figure BDA00030190778900001017
平行且
Figure BDA00030190778900001018
与
Figure BDA00030190778900001019
平行时，记横向末端平行四边形编码单元Γ1的编码号为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元Γ1为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001020
记横向末端平行四边形编码单元Γ2为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001021
(2)当
Figure BDA0003019077890000111
与
Figure BDA0003019077890000112
平行且
Figure BDA0003019077890000113
与
Figure BDA0003019077890000114
平行时，记横向末端平行四边形编码单元Γ2的编码号为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元Γ2为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000115
记横向末端平行四边形编码单元Γ1为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000116
步骤2.7、取整数变量δ，并赋予其初值δ＝0；
步骤2.8、在编码平面靶标上，从第(2δ+1)行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000117
开始，沿着规定向量
Figure BDA0003019077890000118
的方向上搜索平行四边形编码单元，将搜索到的距离第(2δ+1)行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000119
最近的平行四边形编码单元记为第(2δ+3)行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001110
然后将δ+1重新赋值给δ并重新执行本步骤；
若从第(2δ+1)行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001111
开始，且沿着在规定向量
Figure BDA00030190778900001112
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量m′，并赋值m′＝2δ+1，然后执行步骤2.9；
步骤2.9、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；
步骤2.10、在编码平面靶标上，从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001113
开始，沿着规定向量
Figure BDA00030190778900001114
的方向上搜索平行四边形编码单元，将搜索到的距离第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001115
最近的平行四边形编码单元记为第(2δ+2)行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001116
然后将δ+1重新赋值给δ并重新执行本步骤；
若从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001117
开始，并且沿着规定向量
Figure BDA00030190778900001118
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量m″，并赋值m″＝2δ，然后执行步骤2.11；
步骤2.11、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；取整数变量ρ，并赋值ρ＝1；
步骤2.12、在编码平面靶标上，从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001119
开始，沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900001120
的方向上搜索平行四边形编码单元，搜索结果包括以下两种情形：
(1)若从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001121
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900001122
的方向上可以搜索到平行四边形编码单元，则将从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001123
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900001124
的方向上搜索到的距离第δ行第ρ个平行四边形编码单元最近的平行四边形编码单元记为第δ行第ρ+1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001125
然后将ρ+1赋值给ρ，重新执行步骤2.12；
(2)若从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001126
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900001127
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数fδ，并赋值fδ＝ρ，然后执行步骤2.13；
步骤2.13、根据整数变量m′和整数变量m″的大小情况判断整数变量δ与m′或m″之间的大小关系，然后重新执行步骤2.12或步骤2.14；
具体的，若m′＞m″，则判断是否满足δ＜m′；当δ＜m′时，则将δ+1赋值给δ，将ρ重新赋值ρ＝1，然后重新执行步骤2.12；否则执行步骤2.14；
若m′＜m″，则判断是否满足δ＜m″；当δ＜m″时，则将δ+1赋值给δ，将ρ重新赋值ρ＝1，然后重新执行步骤2.12；否则执行步骤2.14；
步骤2.14、记
Figure BDA0003019077890000121
为第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000122
对应的编码号；
步骤2.15、重新对整数变量δ赋值δ＝1；取整数变量z′，并将初始编码号值zv赋值给z′；重新对整数变量ρ赋值ρ＝0；
步骤2.16、将(z′+ρ)赋值给
Figure BDA0003019077890000123
再把(ρ+1)赋值给ρ；当ρ＜fδ时，重新执行本步骤2.16，否则执行步骤2.17；
步骤2.17、根据整数变量m′和整数变量m″的大小情况判断整数变量δ与m′或m″之间的大小关系，把
Figure BDA0003019077890000124
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤2.16或执行步骤3；
具体的，若m′＜m″，当δ＜m″时，把
Figure BDA0003019077890000125
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤2.16；否则执行步骤3；
若m′＞m″，当δ＜m′时，把
Figure BDA0003019077890000126
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤2.16；否则执行步骤3。
进一步的，步骤3中，建立靶标坐标系的过程，包括以下步骤：
步骤3.1、记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000127
的4个顶点中是标定角点的个数为Φp，根据Φp数值的大小及标定角点的位置关系设定靶标坐标系的原点Ot，并以辅助向量
Figure BDA0003019077890000128
的方向作为靶标坐标系Xt轴的方向；
具体的，当Φp＝＝1时，记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000129
中的标定角点为原点标定角点α′1，此时选取原点标定角点α′1作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA00030190778900001210
的方向作为靶标坐标系Xt轴的方向；
当Φp＝＝2时，分别记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001211
中的两个标定角点为ε′3和ε″3，根据标定角点ε′3和ε″3的位置关系包括以下情形：
(1)当向量
Figure BDA00030190778900001212
的方向与辅助向量
Figure BDA00030190778900001213
的方向相同时，此时选取标定角点ε′3作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA00030190778900001214
的方向作为靶标坐标系的Xt轴的方向；
(2)当向量
Figure BDA00030190778900001215
的方向与辅助向量
Figure BDA00030190778900001216
的方向不同时，此时选取标定角点ε″3作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA0003019077890000131
的方向作为靶标坐标系的Xt轴的方向；
步骤3.2、以正向向量
Figure BDA0003019077890000132
的方向作为靶标坐标系的Zt轴的方向，靶标坐标系的Xt轴、Zt轴与Yt轴满足右手准则，以此建立靶标坐标系Ot-XtYtZt。
进一步的，步骤15中，完成编码平面靶标上每个标定角点唯一性编码的过程，具体步骤如下：
步骤15.1、令j＝Max{m′,m″}，标记第j-1行第fj个平行四边形编码单元的4个顶点是标定角点的个数是Φ′p；
步骤15.2、判断N是否为偶数，若N为偶数，执行步骤15.3；若N不是偶数则执行步骤15.4；
步骤15.3、取整数参数Δ并赋值Δ＝N/2，并执行以下步骤：
步骤15.3.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003019077890000133
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003019077890000134
记为第
Figure BDA0003019077890000135
号标定角点；
其中zv≤e′1≤zm，
Figure BDA0003019077890000136
或6，zm由式(17)得出；
Figure BDA0003019077890000137
步骤15.3.2、将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003019077890000138
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003019077890000139
记为第(e′2-Δ)_6号标定角点/第(e′2-Δ-1)_1号标定角点；
其中
Figure BDA00030190778900001310
或4，e′2≥z′v，z′v由式(18)得出；
Figure BDA00030190778900001311
具体的，当
Figure BDA00030190778900001312
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900001313
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001314
记为第(e′2-Δ)_6号标定角点；
当
Figure BDA00030190778900001315
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900001316
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001317
记为第(e′2-Δ-1)_1号标定角点；
执行完成本步骤15.3后，结束标定角点唯一性编码；
步骤15.4、取整数参数Δ并赋值Δ＝(N+1)/2，并执行以下步骤：
步骤15.4.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900001318
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001319
记为第
Figure BDA00030190778900001320
号标定角点，其中zv≤e′1≤zm，
Figure BDA00030190778900001321
或6，zm由式(19)得出；
zm＝ε+zv-Δ-1 (19)
步骤15.4.2、根据Φp和
Figure BDA0003019077890000141
的取值情况，所有位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003019077890000142
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003019077890000143
记为第(e′2-Δ′)_6号标定角点或第(e′2-Δ′)_1号标定角点；
具体的，当Φp＝＝1时，取所有位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003019077890000144
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003019077890000145
其中
Figure BDA0003019077890000146
或4，e′1≥z′v，z′v由式(20)得出；
z′v＝zv+Δ (20)
再根据
Figure BDA0003019077890000147
的取值包括以下情形：
(1)当
Figure BDA0003019077890000148
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003019077890000149
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001410
记为第(e′2-Δ′)_6号标定角点，其中Δ′由式(21)得出；
Figure BDA00030190778900001411
其中Δ″＝2(e′2-zv)/(N+1)+1(取整数)；
(2)当
Figure BDA00030190778900001412
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900001413
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001414
记为第(e′2-Δ′)_1号标定角点，其中Δ′由式(22)得出；
Figure BDA00030190778900001415
当Φp＝＝2时，取所有位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900001416
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001417
其中
Figure BDA00030190778900001418
或4，e′1≥z′v，z′v由式(20)得出；
再根据
Figure BDA00030190778900001419
的取值包括以下情形：
(1)当
Figure BDA00030190778900001420
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900001421
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001422
记为第(e′2-Δ′)_6号标定角点，其中Δ′由式(22)得出；
(2)当
Figure BDA00030190778900001423
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900001424
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900001425
记为第(e′2-Δ′)_1号标定角点，其中Δ′由式(21)得出；
执行完成本步骤15.4后，结束标定角点唯一性编码。
又进一步提供一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以所述的编码方法。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
1、本发明在每一个平行四边形编码单元内均设置了定位图案和定向图案，能够实现在摄像机标定的过程中计算机可以自动判断靶标的旋转方向，提高了摄像机标定的灵活性；
2、本发明在每一个平行四边形编码单元内均设置了编码图案，能够给每个平行四边形编码单元进行编码，并且给予每个标定角点一个确定的且唯一的编号，使得多摄像机标定过程中即使拍摄到不完整的编码平面靶标也可实现不同标定图像中同名标定角点的高精度匹配；
3、本发明中的每一个平行四边形编码单元均包含方向性信息，且每一个平行四边形编码单元均包含各自相应的编码信息，因此每一个平行四边形编码单元均是独立的，并不依赖于其它平行四边形编码单元，使得本发明提出的编码平面靶标在摄像机标定应用领域具有很强的适用性和鲁棒性；
4、本发明中编码平面靶标采用的编码图案简单，能够通过数字图像处理技术准确且快速地获取编码平面靶标的标定角点及其编码信息，从而降低了摄像机标定的复杂程度，同时可实现高精度的、快速的、智能的且稳定的摄像机内外参数的标定；
5、本发明中所述编码平面靶标中的编码信息具有很大的编码容量，编码方式灵活，能够实现大视场和小视场的多目摄像机标定，标定角点的编码信息量大，具有极大的适用范围。
附图说明
图1为本发明实施例中编码平面靶标示意图；
图2为本发明实施例中编码平面靶标的规定向量
Figure BDA0003019077890000151
和辅助向量
Figure BDA0003019077890000152
的示意图；
图3为本发明实施例中根据编码平面靶标的规定向量
Figure BDA0003019077890000153
和辅助向量
Figure BDA0003019077890000154
寻找第1行第1个平行四边形编码单元和第2行第1个平行四边形编码单元的示意图；
图4为本发明实施例中根据编码平面靶标中的规定向量
Figure BDA0003019077890000155
以及第1行第1个平行四边形编码单元和第2行第1个平行四边形编码单元确定每一行第1个平行四边形编码单元的示意图；
图5为本发明实施例中根据编码平面靶标中的辅助向量
Figure BDA0003019077890000156
以及每一行第1个平行四边形编码单元确定每一行所有的平行四边形编码单元示意图；
图6为本发明实施例中根据编码平面靶标内每个标定角点的编码方法确定每个平行四边形编码单元的编码序号示意图；
图7为本发明实施例中在编码平面靶标内建立的靶标坐标系示意图；
图8为本发明实施例中编码平面靶标内每个标定角点的非唯一性编码示意图；
图9为本发明实施例中编码平面靶标内每个标定角点的唯一性编码示意图；
图10为本发明所述编码方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，所述编码平面靶标由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，所述编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，所述编码平面靶标一共包含M行×N列个标定角点，其中M和N均为正整数。本实施例中，编码平面靶标一共包含4行×12列个标定角点。
编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的内部设置有编码图案，编码图案包括定位图案、定向图案和编码标志图案，编码标志图案由12个编码单元图案组成，所述定向图案和定位图案用于编码平面靶标旋转方向的判断，所述编码标志图案用于给编码平面靶标中每一个标定角点进行编码。
所述编码平面靶标中所有平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元均为长度为a且宽度为b的平行四边形，a和b均大于零。本实施例中，编码平面靶标中所有平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元均为边长为24毫米的正方形。
所述编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元内部的定位图案、定向图案和编码单元图案均不重叠且不连通。本实施例中，定位图案为实心圆，定向图案为圆环，编码单元图案均为实心圆。
编码平面靶标内，不同的平行四边形编码单元包含的定位图案的面积大小可以相同也可以不同；不同的平行四边形编码单元包含的定向图案的面积大小可以相同也可以不同；不同的平行四边形编码单元包含的编码单元图案的面积大小可以相同也可以不同；在同一个平行四边形编码单元中的多个编码单元图案的尺寸可以互不相同。本实施例中，定位图案均为直径6毫米的实心圆，定向图案均为外直径6毫米且内直径3毫米的圆环，编码单元图案均为直径3毫米的实心圆。
进一步的，在同一个平行四边形编码单元中，每个编码单元图案的轮廓长度均小于定位图案的轮廓长度，并且定位图案的轮廓长度小于平行四边形编码单元的周长(2a+2b)。本实施例中，在同一个平行四边形编码单元中，每个编码单元图案的轮廓长度为9.42毫米小于定位图案的轮廓长度18.85毫米，并且定位图案的轮廓长度18.85毫米小于平行四边形编码单元的周长96毫米。
编码平面靶标中所有平行四边形编码单元的背景颜色相同，并且将编码平面靶标中所有的平行四边形编码单元的背景颜色记为颜色I。所有平行四边形非编码单元的颜色均相同，并且将编码平面靶标中所有平行四边形非编码单元的颜色记为颜色II。颜色II与颜色I具有明显的差异。本实施例中，颜色I采用黑色，颜色II采用白色，二者具有明显的差异。
编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色均相同，并将编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色记为颜色III，颜色III与颜色I具有明显差异。本实施例中，颜色III也采用白色，与颜色I具有明显的差异。
编码平面靶标中所有平行四边形编码单元内所包含的所有编码单元图案的颜色与颜色I相同或者与颜色III相同。本实施例中，颜色I为黑色，颜色III为白色。
如图1所示，在编码平面靶标中，同一个平行四边形编码单元内包含2个黑色(即颜色I)连通域，且距离定向图案质心最近的黑色(即颜色I)连通域的面积小于另一个黑色(即颜色I)连通域的面积。
每个所述平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向均与编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元的一个边线方向一致。如图2所示，任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元(如图中所示的第3行第3个平行四边形编码单元)记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv，任取编码平面靶标向量确定编码单元Γv的一个顶点记为向量确定编码单元第一顶点o″1，在编码平面靶标向量确定编码单元Γv中将相交形成向量确定编码单元第一顶点o″1的任意一条边记为向量确定编码单元第一边Nv1，在向量确定编码单元第一边Nv1上取向量确定编码单元Γv的顶点记为向量确定编码单元第一边上第一点o″2(与向量确定编码单元第一顶点o″1互不重合)，记向量
Figure BDA0003019077890000171
为规定向量
Figure BDA0003019077890000172
编码平面靶标内的每一个平行四边形编码单元中的定位图案和定向图案的位置关系如下：同一平行四边形编码单元的定位图案和定向图案均在所属平行四边形编码单元的内部，且同一平行四边形编码单元内的定位图案的质心和定向图案的质心均在所属平行四边形编码单元的质心附近，在同一平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向与规定向量
Figure BDA0003019077890000181
的方向相同。
在同一个平行四边形编码单元内，编码单元图案的位置和颜色由编码平面靶标内每个标定角点的编码方法确定。下面通过具体实施例来详细说明用于编码平面靶标内每个标定角点的唯一性编码方法。
编码平面靶标内每个标定角点的非唯一性编码方法，包括以下步骤：
步骤1、取整数zv作为编码平面靶标中的初始编码号，根据编码平面靶标中标定角点的行数M和列数N计算确定平行四边形编码单元总数ε；本实施例中M＝4且N＝12，则由公式(3)计算得到：ε＝33；取0作为编码平面靶标的初始编号，即令zv＝0。
任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv，并在编码平面靶标向量确定编码单元Γv内选取规定向量
Figure BDA0003019077890000182
辅助向量
Figure BDA0003019077890000183
和正向向量
Figure BDA0003019077890000184
本实施例中编码平面靶标的规定向量
Figure BDA0003019077890000185
和辅助向量
Figure BDA0003019077890000186
的示意图如图2所示。
步骤2、对编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元进行编码，该过程包括以下步骤：
步骤2.1、任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元Π1和一个与平行四边形编码单元Π1存在公共顶点的平行四边形编码单元Π2；其中Π1和Π2的位置选取如图3所示，为位于第3行第9列交点所毗邻的两个编码单元。
步骤2.2、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，沿着与规定向量
Figure BDA0003019077890000187
相反的方向上搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000188
本实施例中，步骤2.1中所选取的平行四边形编码单元Π1属于中，沿着与规定向量
Figure BDA0003019077890000189
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将沿着与规定向量
Figure BDA00030190778900001810
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π1最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元1，记为
Figure BDA00030190778900001811
步骤2.3、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π2开始，并且沿着与规定向量
Figure BDA00030190778900001812
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001813
本实施例中，步骤2.1中所选取的平行四边形编码单元Π1中，从平行四边形编码单元Π2开始，沿着与规定向量
Figure BDA00030190778900001814
相反的方向可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与规定向量
Figure BDA0003019077890000191
相反的方向上搜寻距离平行四边形编码单元Π2最远的平行四边形编码单元作为纵向末端平行四边形编码单元2，记为
Figure BDA0003019077890000192
结合步骤2.2，得到的
Figure BDA0003019077890000193
和
Figure BDA0003019077890000194
的位置如图3所示，为位于第1行第9列交点所毗邻的两个编码单元。
步骤2.4、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000195
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA0003019077890000196
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定横向末端平行四边形编码单元Γ1；
本实施例中，步骤2.3中确定的平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000197
中，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000198
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA0003019077890000199
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与辅助向量
Figure BDA00030190778900001910
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001911
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元1，记为Γ1。
步骤2.5、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001912
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA00030190778900001913
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定横向末端平行四边形编码单元Γ2；
本实施例中，步骤2.3中确定的平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001914
中，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001915
开始，沿着与辅助向量
Figure BDA00030190778900001916
相反的方向上可以搜寻到平行四边形编码单元，则将在与辅助向量
Figure BDA00030190778900001917
相反的方向上搜寻距离纵向末端平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001918
最远的平行四边形编码单元作为横向末端平行四边形编码单元2，记为Γ2；结合步骤2.4，得到的Γ1和Γ2的位置如图3所示，为位于第1行第1列交点所毗邻的两个编码单元。
步骤2.6、根据横向末端平行四边形编码单元Γ1中标定角点的数量Φ1和横向末端平行四边形编码单元Γ2中标定角点的数量Φ2的数值大小情况，将横向末端平行四边形编码单元Γ1/横向末端平行四边形编码单元Γ2中的编码记为zv，并将横向末端平行四边形编码单元Γ1/横向末端平行四边形编码单元Γ2记为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001919
将横向末端平行四边形编码单元Γ2/横向末端平行四边形编码单元Γ1记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001920
本实施例中，Φ1＝＝1且Φ2＝＝4，则横向末端平行四边形编码单元Γ1的编码号即为zv，同时记横向末端平行四边形编码单元Γ1为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001921
将横向末端平行四边形编码单元Γ2记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001922
因此横向末端平行四边形编码单元1Γ1的编码号即为0，如图4所示。同时记横向末端平行四边形编码单元1Γ1为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900001923
将横向末端平行四边形编码单元2Γ2记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000201
步骤2.7、取整数变量δ，并赋予其初值δ＝0；
步骤2.8、在编码平面靶标上，从第(2δ+1)行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000202
开始，沿着规定向量
Figure BDA0003019077890000203
的方向上搜索平行四边形编码单元。
本实施例中，从步骤2.6中所确定的第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000204
开始可分别得出编码平面靶标中第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000205
第3行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000206
第5行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000207
整数变量m′＝5，搜索结果如图4所示。
步骤2.9、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；
步骤2.10、在编码平面靶标上，从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000208
开始，沿着规定向量
Figure BDA0003019077890000209
的方向上搜索平行四边形编码单元。
本实施例中，从步骤2.6中所确定的第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002010
开始可分别得出第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002011
第4行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002012
整数变量m″＝4，搜索结果如图4所示。
步骤2.11、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；取整数变量ρ，并赋值ρ＝1；
步骤2.12、在编码平面靶标上，从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002013
开始，沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900002014
的方向上搜索平行四边形编码单元，搜索结果包括以下两种情形：
(1)若从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002015
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900002016
的方向上可以搜索到平行四边形编码单元，则将从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002017
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900002018
的方向上搜索到的距离第δ行第ρ个平行四边形编码单元最近的平行四边形编码单元记为第δ行第ρ+1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002019
然后将ρ+1赋值给ρ，重新执行步骤2.12；
(2)若从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002020
开始，并且沿着辅助向量
Figure BDA00030190778900002021
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数fδ，并赋值fδ＝ρ，然后执行步骤2.13；
步骤2.13、根据整数变量m′和整数变量m″的大小情况判断整数变量δ与m′或m″之间的大小关系，然后重新执行步骤2.12或步骤2.14；
本实施例中，根据步骤2.12和步骤2.13可分别得到第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002022
第1行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002023
第1行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002024
第1行第4个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002025
第1行第5个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002026
第1行第6个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000211
第1行第7个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000212
且f1＝7；第2行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000213
第2行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000214
第2行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000215
第2行第4个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000216
第2行第5个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000217
第2行第6个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000218
且f2＝6；第3行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000219
第3行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002110
第3行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002111
第3行第4个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002112
第3行第5个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002113
第3行第6个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002114
第3行第7个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002115
且f3＝7；第4行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002116
第4行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002117
第4行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002118
第4行第4个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002119
第4行第5个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002120
第4行第6个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002121
且f4＝6；第5行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002122
第5行第2个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002123
第5行第3个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002124
第5行第4个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002125
第5行第5个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002126
第5行第6个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002127
第5行第7个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002128
且f5＝7；
在本实施例中可得出：f1＝7，f2＝6，f3＝7，f4＝6，f5＝7，即代表在编码平面靶标中，第1行、第3行和第5行中的平行四边形编码单元数均为7个，第2行和第4行中的平行四边形编码单元数均为6个，搜索结果如图5所示。
步骤2.14、记
Figure BDA00030190778900002129
为第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure BDA00030190778900002130
对应的编码号；
步骤2.15、重新对整数变量δ赋值δ＝1；取整数变量z′，并将初始编码号值zv赋值给z′；重新对整数变量ρ赋值ρ＝0。本实施例中，将zv的取值0赋值给z′。
步骤2.16、将(z′+ρ)赋值给
Figure BDA00030190778900002131
再把(ρ+1)赋值给ρ；当ρ＜fδ时，重新执行本步骤2.16，否则执行步骤2.17；
步骤2.17、根据整数变量m′和整数变量m″的大小情况判断整数变量δ与m′或m″之间的大小关系，把
Figure BDA00030190778900002132
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤2.16或执行步骤3；
本实施例中，m′＞m″，当δ＜5时，把
Figure BDA00030190778900002133
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤2.16；否则执行步骤3；则可分别得出在编码平面靶标中每个平行四边形编码单元的编码号为：
Figure BDA0003019077890000221
本实施例中编码平面靶标内每个平行四边形编码单元的编码号如图6所示。
步骤3、建立靶标坐标系，具体过程包括以下步骤：
步骤3.1、记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000222
的4个顶点中是标定角点的个数为Φp，根据Φp数值的大小及标定角点的位置关系设定靶标坐标系的原点Ot，并以辅助向量
Figure BDA0003019077890000223
的方向作为靶标坐标系Xt轴的方向；
本实施例中，Φp＝＝1，记第1行第1个平行四边形编码单元
Figure BDA0003019077890000224
中的标定角点为α′1，此时选取标定角点α′1作为靶标坐标系的原点Ot，以辅助向量
Figure BDA0003019077890000225
的方向作为靶标坐标系的Xt轴的方向；
步骤3.2、以正向向量
Figure BDA0003019077890000226
的方向作为靶标坐标系的Zt轴的方向，靶标坐标系的Xt轴、Zt轴与Yt轴满足右手准则，以此建立靶标坐标系Ot-XtYtZt，如图7所示。
步骤4、取整数变量e，并赋予其初值e＝zv；
步骤5、在编码平面靶标中，码号为e对应的平行四边形编码单元内，通过过定位图案质心ol,e和定向圆环质心od,e的直线l3,e、过定位图案质心ol,e且平行于距离定位圆质心ol,e最近的两个顶点所在直线的直线l1,e、过定向图案质心od,e且平行于直线l1,e的直线l2,e将编码号为e对应的平行四边形编码单元划分为6个编码区域，且每个编码区域内均包含2个编码单元图案；
本实施例中，在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，记定位圆质心的靶标坐标为ol,0(-12,-8,0)，定向圆环质心的靶标坐标为od,0(-12,-16,0)；记由定向圆环质心指向定位圆质心的向量为编码号为0对应的平行四边形编码单元内的方向向量
Figure BDA0003019077890000227
则
Figure BDA0003019077890000228
记距离定位圆质心ol,0最近的两个顶点分别为C0,1min(0，0，0)和C0,2min(-24，0，0)，记由C0,1min(0，0，0)指向C0,2min(-24，0，0)的向量为编码号为0对应的平行四边形编码单元内的顶点向量
Figure BDA0003019077890000229
则
Figure BDA00030190778900002210
在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，记过定位圆质心ol,0且平行于顶点向量
Figure BDA00030190778900002211
的直线为l1,0，过定向圆环质心od,0且平行于顶点向量
Figure BDA00030190778900002212
的直线为l2,0，记通过定位圆质心ol,0和定向圆环质心od,0的直线为l3,0。利用直线l3,0、直线l1,0与直线l2,0可将编码号为0对应的平行四边形编码单元划分为6个编码区域，且编码号为0对应的平行四边形编码单元中每个编码区域内包含2个编码单元图案。
步骤6、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，计算出编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第一判断向量、第二判断向量、区域划分第一向量
Figure BDA0003019077890000231
和区域划分第二向量
Figure BDA0003019077890000232
根据区域划分第一向量
Figure BDA0003019077890000233
和区域划分第二向量
Figure BDA0003019077890000234
的方向情况对编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域和第6编码区域进行编码；
本实施例中，在编码号为0对应的平行四边形编码单元内：
第一判断向量
Figure BDA0003019077890000235
第二判断向量
Figure BDA0003019077890000236
区域划分第一向量
Figure BDA0003019077890000237
区域划分第二向量
Figure BDA0003019077890000238
Figure BDA0003019077890000239
且
Figure BDA00030190778900002310
则将顶点C0,1min(0,0,0)记为该编码单元中第1编码区定位顶点
Figure BDA00030190778900002311
且将该编码区定位顶点
Figure BDA00030190778900002312
所属的编码区域记为该编码单元中的第1编码区域；同时将顶点C0,2min(-24,0,0)记为该编码单元中第6编码区定位顶点
Figure BDA00030190778900002313
且将该编码区定位顶点
Figure BDA00030190778900002314
所属的编码区域记为该编码单元中的第6编码区域。
步骤7、在编码号为0对应的平行四边形编码单元中，将第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向(沿着与靶标坐标系Zt轴正向的相反方向看)依次将编码号为0对应的平行四边形编码单元中的6个编码区域记为第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域；
步骤8、在在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第σ编码区域中，根据第i个编码单元图案的质心到直线l1,e的距离
Figure BDA00030190778900002315
和到直线l3,e的距离的距离
Figure BDA00030190778900002316
之间的大小关系，确定第σ编码区域中的第i个编码单元图案为第σ编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030190778900002317
/第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900002318
其中σ＝1，2，5，6，i＝1，2；
具体的，将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第σ编码区域(σ＝1，2，5，6)中的第i个编码单元图案(i＝1，2)的质心到直线l1,e的距离记为
Figure BDA00030190778900002319
将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第θ号编码区域(θ＝1，2，3，4，5，6)中的第i个(i＝1，2)编码单元图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure BDA0003019077890000241
在本实施例中有：
Figure BDA0003019077890000242
在编码号为0对应的平行四边形编码单元内的第σ编码区域中，
Figure BDA0003019077890000243
满足
Figure BDA0003019077890000244
且
Figure BDA0003019077890000245
则记第σ编码区域中的第1个编码单元图案为该编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000246
记第σ编码区域中的第2个编码单元图案为该编码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000247
其中σ＝1，2，5，6。
步骤9、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第π编码区域中，根据第i个编码单元图案的质心到直线l2,e的距离
Figure BDA0003019077890000248
和到直线l3,e的距离的距离
Figure BDA0003019077890000249
之间的大小关系，确定第π编码区域中的第i个编码单元图案为第π编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030190778900002410
/第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900002411
其中π＝3，4，i＝1，2；
具体的，将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第π编码区域(π＝3，4)中的第i个(i＝1，2)编码单元图案的质心到直线l2,e的距离记为
Figure BDA00030190778900002412
将编码号为e对应的平行四边形编码单元中第θ号编码区域(θ＝1，2，3，4，5，6)中的第i个(i＝1，2)编码单元图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure BDA00030190778900002413
在本实施例中，编码号为0对应的平行四边形编码单元内的第π编码区域中，有：
Figure BDA00030190778900002414
满足
Figure BDA00030190778900002415
且
Figure BDA00030190778900002416
则记第π编码区域中的第1个编码单元图案为该编码区域中的第1位编码单元图案
Figure BDA00030190778900002417
记第π编码区域中的第2个编码单元图案为编码号为该码区域中的第2位编码单元图案
Figure BDA00030190778900002418
其中π＝3，4。
步骤10、在编码号为0对应的平行四边形编码单元内，将第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure BDA00030190778900002419
对应的编码值记为
Figure BDA00030190778900002420
其中j＝1,2且θ＝1，2，3，4，5，6，并且
Figure BDA00030190778900002421
的取值只能为0或1；
步骤11、对于编码号为0对应的平行四边形编码单元，记所对应的12位二进制数为w0，在本实施例中w0＝＝(0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)2，并且规定
Figure BDA0003019077890000251
Figure BDA0003019077890000252
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数w0的12位数值，且须满足式GT·F0＝＝0，其中列向量G＝(20，21，22，23，24，25，26，27，28，29，210，211)T，列向量F0＝(0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0)T；
步骤12、根据确定的编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000253
所对应的编码值
Figure BDA0003019077890000254
的取值，设定第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure BDA0003019077890000255
的颜色为颜色I或颜色III，其中j＝1，2且θ＝1，2，3，4，5，6；
本实施例中，编码号为0对应的平行四边形编码单元内的所有编码单元图案
Figure BDA0003019077890000256
的编码值均为0，即
Figure BDA0003019077890000257
则令编码号为0对应的平行四边形编码单元内的所有编码单元图案
Figure BDA0003019077890000258
的颜色均为黑色(即颜色I)，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6。
步骤13、根据编码号为e的平行四边形编码单元中标定角点的个数ge，将位于编码号为e的平行四边形编码单元内第
Figure BDA0003019077890000259
编码区域上的标定角点记为标定角点
Figure BDA00030190778900002510
其中ge＝1，2，4，
Figure BDA00030190778900002511
的取值为1、3、4、6中的部分数值；本实施例中，ge＝＝1且
Figure BDA00030190778900002512
则将位于编码号为0的平行四边形编码单元内第1编码区域上的标定角点记为编码号为0的平行四边形编码单元中第1编码区域的标定角点
Figure BDA00030190778900002513
至此，完成了编码号为0对应的平行四边形编码单元的编码工作。
步骤14、把(e+1)重新赋值给e，进行如下判断：
若满足e＜(zv+ε)，则返回步骤5开始执行；
即重新执行编码步骤即可完成编码号为1对应的平行四边形编码单元的编码工作，以此类推，若满足e≥(zv+ε)，则结束；完成本实施例中所有33个平行四边形编码单元的非唯一性编码工作，如图8所示。
至此编码平面靶标上的每个标定角点获得了2个编码序号(即完成各个标定角点的非唯一编码)；每个标定角点的2个编码序号均可实现判断唯一确定的标定角点所在编码平面靶标上的行、列数完成所有平行四边形编码单元的非唯一性编码工作。
步骤15、将所得出的编码平面靶标上平行四边形编码单元的编码号以及每个标定角点的2个编码序号(即非唯一行编码号)作为输入条件，完成编码平面靶标上每个标定角点唯一性编码。每个标定角点唯一性编码的过程，具体步骤如下：
步骤15.1、令j＝Max{m′,m″}，假设第j-1行第fj个平行四边形编码单元的4个顶点是标定角点的个数是Φ′p；本实施例中，步骤2中m′＝5，m″＝4，可得出j＝5，第4行第6个平行四边形编码单元的4个顶点为标定角点的个数Φ′p＝＝2；
步骤15.2、判断N是否为偶数，若N为偶数，执行步骤15.3；若N不是偶数则执行步骤15.4。本实施例中，N＝＝12，为偶数，则仅执行步骤15.3；
步骤15.3、取整数参数Δ并赋值Δ＝N/2，本实施例中，N＝＝12，则Δ＝N/2＝6；
步骤15.3.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003019077890000261
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003019077890000262
记为第
Figure BDA0003019077890000263
号标定角点，其中zv≤e′1≤zm，
Figure BDA0003019077890000264
或6，zm＝ε+zv-Δ-2＝25。
由此步骤，将标定角点
Figure BDA0003019077890000265
分别记为第0_1号标定角点、第1_6号标定角点、第1_1号标定角点、…、第25_6号标定角点、第25_1号标定角点；
步骤15.3.2、将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA0003019077890000266
编码区域上的标定角点
Figure BDA0003019077890000267
记为第(e′2-Δ)_6号标定角点/第(e′2-Δ-1)_1号标定角点；
其中
Figure BDA0003019077890000268
或4，e′2≥z′v，z′v，z′v＝zv+Δ+1＝7。
根据
Figure BDA0003019077890000269
的取值包括以下两种情形：
(1)当
Figure BDA00030190778900002610
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900002611
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900002612
记为第(e′2-Δ)_6号标定角点；
(2)当
Figure BDA00030190778900002613
时，将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure BDA00030190778900002614
编码区域上的标定角点
Figure BDA00030190778900002615
记为第(e′2-Δ-1)_1号标定角点；
由此将标定角点
Figure BDA00030190778900002616
也分别记为第0_1号标定角点、第1_6号标定角点、第1_1号标定角点、第2_6号标定角点、…、第25_6号标定角点、第25_1号标定角点；
执行完成本步骤后，即完成了对编码平面靶标中所有标定角点的唯一性编码工作，每一个标定角点均有确定且唯一的编码号。
本发明提供的用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标编码方法，需要编制相应的计算机程序，并在计算机上执行程序以实现相应的运算处理及逻辑控制功能，因而本发明也提供一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以所述的编码方法。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：所述编码平面靶标由平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元交替组成的编码棋盘格构成，所述编码平面靶标以任意对角相连的平行四边形编码单元的交点作为编码平面靶标的标定角点，所述编码平面靶标一共包含M行×N列个标定角点，其中M和N均为正整数；
编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的内部设置有编码图案，编码图案包括定位图案、定向图案和编码标志图案，编码标志图案由多个编码单元图案组成；
所述定向图案和定位图案用于编码平面靶标旋转方向的判断；
所述编码标志图案用于给编码平面靶标中每一个标定角点进行编码。
2.根据权利要求1所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：所述编码平面靶标中所有平行四边形编码单元和平行四边形非编码单元均为长度为a且宽度为b的平行四边形。
3.根据权利要求2所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：所述编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元内部的定位图案、定向图案和编码单元图案均不重叠且不连通。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：每个所述平行四边形编码单元内由定向图案质心指向定位图案质心的方向均与编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元的一个边线方向一致。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：同一平行四边形编码单元的定位图案和定向图案均在所属平行四边形编码单元的内部，且同一平行四边形编码单元内的定位图案的质心和定向图案的质心均在所属平行四边形编码单元的质心附近。
6.根据权利要求3所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：在同一个平行四边形编码单元中，每个编码单元图案的轮廓长度均小于定位图案的轮廓长度，并且定位图案的轮廓长度小于(2a+2b)。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：所述编码平面靶标中所有平行四边形编码单元的背景颜色相同，且为颜色I；
所有平行四边形非编码单元的颜色均相同，且为颜色II，颜色II与颜色I具有明显的差异；
所述编码平面靶标中所有平行四边形编码单元包含的所有定位图案和定向图案的颜色均相同，且为颜色III，颜色III与颜色I具有明显差异；
编码平面靶标中所有平行四边形编码单元内所包含的所有编码单元图案的颜色与颜色I相同或者与颜色III相同。
8.根据权利要求7所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标，其特征在于：同一个平行四边形编码单元内包含2个颜色为颜色I的连通域，且距离定向图案质心最近的颜色为颜色I的连通域面积小于另一个颜色为颜色I的连通域面积。
9.在编码平面靶标中每一个平行四边形编码单元的编码单元图案均有如下特征：在同一个平行四边形编码单元内，编码单元图案的位置和颜色由编码平面靶标内每个标定角点的非唯一性编码方法确定。
10.一种用于权利要求1所述的编码平面靶标内每个标定角点的编码方法，主要包括以下步骤：
步骤1、取整数zv作为编码平面靶标中的初始编码号，根据编码平面靶标中标定角点的行数M和列数N计算确定平行四边形编码单元总数ε；
任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元记为编码平面靶标向量确定编码单元Γv，并在编码平面靶标向量确定编码单元Γv内选取规定向量
Figure FDA0003019077880000021
辅助向量
Figure FDA0003019077880000022
和正向向量
Figure FDA0003019077880000023
步骤2、对编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元进行编码；
步骤3、建立靶标坐标系；
步骤4、取整数变量e，并赋予其初值e＝zv；
步骤5、在编码平面靶标中，编码号为e对应的平行四边形编码单元内，通过过定位图案质心ol,e和定向图案环质心od,e的直线l3,e、过定位图案质心ol,e且平行于距离定位图案质心ol,e最近的两个顶点所在直线的直线l1,e、过定向图案质心od,e且平行于直线l1,e的直线l2,e将编码号为e对应的平行四边形编码单元划分为6个编码区域，且每个编码区域内均包含2个编码单元图案；
步骤6、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，计算出编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第一判断向量、第二判断向量、区域划分第一向量
Figure FDA0003019077880000024
和区域划分第二向量
Figure FDA0003019077880000025
根据区域划分第一向量
Figure FDA0003019077880000026
和区域划分第二向量
Figure FDA0003019077880000027
的方向情况确定编码号为e对应的平行四边形编码单元中的第1编码区域和第6编码区域；
步骤7、在编码号为e对应的平行四边形编码单元中，将第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向依次将编码号为e对应的平行四边形编码单元中的6个编码区域记为第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域；
步骤8、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第σ编码区域中，根据第i个编码单元图案的质心到直线l1,e的距离
Figure FDA0003019077880000031
和到直线l3,e的距离的距离
Figure FDA0003019077880000032
之间的大小关系，确定第σ编码区域中的第i个编码单元图案为第σ编码区域中的第1位编码单元图案
Figure FDA0003019077880000033
/第2位编码单元图案
Figure FDA0003019077880000034
其中σ＝1，2，5，6，i＝1，2；
步骤9、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内第π编码区域中，根据第i个编码单元图案的质心到直线l2,e的距离
Figure FDA0003019077880000035
和到直线l3,e的距离的距离
Figure FDA0003019077880000036
之间的大小关系，确定第π编码区域中的第i个编码单元图案为第π编码区域中的第1位编码单元图案
Figure FDA0003019077880000037
/第2位编码单元图案
Figure FDA0003019077880000038
其中π＝3，4，i＝1，2；
步骤10、在编码号为e对应的平行四边形编码单元内，将第θ编码区域中的第j位编码单元图案
Figure FDA0003019077880000039
对应的编码值记为
Figure FDA00030190778800000310
其中j＝1，2且θ＝1，2，3，4，5，6，并且
Figure FDA00030190778800000311
的取值只能为0或1；
步骤11、对于编码号为e对应的平行四边形编码单元，记编码号e所对应的12位二进制数为we，并且规定
Figure FDA00030190778800000312
Figure FDA00030190778800000313
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数we的十二位数值，且须满足下式：
GT·Fe＝＝e
其中：列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T；
列向量
Figure FDA00030190778800000314
步骤12、根据确定的编码号为e对应的平行四边形编码单元内第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure FDA00030190778800000315
所对应的编码值
Figure FDA00030190778800000316
的取值，设定第θ编码区域的第j位编码单元图案
Figure FDA00030190778800000317
的颜色为颜色I或颜色III，其中j＝1，2且θ＝1，2，3，4，5，6；
步骤13、根据编码号为e的平行四边形编码单元中标定角点的个数ge，将位于编码号为e的平行四边形编码单元内第
Figure FDA00030190778800000318
编码区域上的标定角点记为标定角点
Figure FDA00030190778800000319
其中ge＝1，2，4，
Figure FDA00030190778800000320
的取值为1,2,4,6中的部分数值；
步骤14、把(e+1)重新赋值给e，进行如下判断：
若满足e＜(zv+ε)，则返回步骤5开始执行；
若满足e≥(zv+ε)，则执行结束，完成所有平行四边形编码单元的非唯一性编码工作；
步骤15、将所得出的编码平面靶标上平行四边形编码单元的编码号以及每个标定角点的2个编码序号作为输入条件，完成编码平面靶标上每个标定角点唯一性编码。
11.根据权利要求10所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标的编码方法，其特征在于：步骤2中，对编码平面靶标中的每个平行四边形编码单元进行编码的过程，包括以下步骤：
步骤2.1、任取编码平面靶标中的一个平行四边形编码单元Π1和一个与平行四边形编码单元Π1存在公共顶点的平行四边形编码单元Π2；
步骤2.2、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π1开始，沿着与规定向量
Figure FDA0003019077880000041
相反的方向上搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定纵向末端平行四边形编码单元
Figure FDA00030190778800000411
步骤2.3、在编码平面靶标上，从平行四边形编码单元Π2开始，并且沿着与规定向量
Figure FDA0003019077880000042
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定纵向末端平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000043
步骤2.4、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000044
开始，沿着与辅助向量
Figure FDA0003019077880000045
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定横向末端平行四边形编码单元Γ1；
步骤2.5、在编码平面靶标上，从纵向末端平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000046
开始，沿着与辅助向量
Figure FDA0003019077880000047
相反的方向搜寻平行四边形编码单元，并根据搜寻情况确定横向末端平行四边形编码单元Γ2；
步骤2.6、根据横向末端平行四边形编码单元Γ1中标定角点的数量Φ1和横向末端平行四边形编码单元Γ2中标定角点的数量Φ2的数值大小情况，将横向末端平行四边形编码单元Γ1/横向末端平行四边形编码单元Γ2中的编码记为zv，并将横向末端平行四边形编码单元Γ1/横向末端平行四边形编码单元Γ2记为第1行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000048
将横向末端平行四边形编码单元Γ2/横向末端平行四边形编码单元Γ1记为第2行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000049
步骤2.7、取整数变量δ，并赋予其初值δ＝0；
步骤2.8、在编码平面靶标上，从第(2δ+1)行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA00030190778800000410
开始，沿着规定向量
Figure FDA0003019077880000051
的方向上搜索平行四边形编码单元，若可以搜索到平行四边形编码单元，则将沿着规定向量的
Figure FDA0003019077880000052
方向上搜索到的距离第2δ+1行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000053
最近的平行四边形编码单元记为第2δ+3行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000054
然后将δ+1重新赋值给δ并重新执行步骤2.8；若搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量m′，并赋值m′＝2δ+1，然后执行步骤2.9；
步骤2.9、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；
步骤2.10、在编码平面靶标上，从第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000055
开始，沿着规定向量
Figure FDA0003019077880000056
的方向上搜索平行四边形编码单元，若可以搜索到平行四边形编码单元，则将沿着规定向量
Figure FDA0003019077880000057
的方向上搜索到的距离第2δ行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000058
最近的平行四边形编码单元记为第2δ+2行第1个平行四边形编码单元
Figure FDA0003019077880000059
然后将δ+1重新赋值给δ并重新执行步骤2.10；若搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量m″，并赋值m″＝2δ，然后执行步骤2.11；
步骤2.11、重新给整数变量δ赋值，δ＝1；取整数变量ρ，并赋值ρ＝1；
步骤2.12、在编码平面靶标上，从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure FDA00030190778800000510
开始，沿着辅助向量
Figure FDA00030190778800000511
的方向上搜索平行四边形编码单元，根据搜索结果将搜索到的距离第δ行第ρ个平行四边形编码单元最近的平行四边形编码单元记为第δ行第ρ+1个平行四边形编码单元
Figure FDA00030190778800000512
将ρ+1赋值给ρ，重新执行本步骤；
若从第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure FDA00030190778800000513
开始，沿着辅助向量
Figure FDA00030190778800000514
的方向上搜索不到平行四边形编码单元，则取整数变量fδ，并赋值fδ＝ρ，继续执行；
步骤2.13、根据整数变量m′和整数变量m″的大小情况判断整数变量δ与m′或m″之间的大小关系，若δ＜max(m′,m″)，则重新执行本步骤，否则继续执行；
步骤2.14、记
Figure FDA00030190778800000515
为第δ行第ρ个平行四边形编码单元
Figure FDA00030190778800000516
对应的编码号；
步骤2.15、重新对整数变量δ赋值δ＝1；取整数变量z′，并将初始编码号值zv赋值给z′；重新对整数变量ρ赋值ρ＝0；
步骤2.16、将(z′+ρ)赋值给
Figure FDA00030190778800000517
再把(ρ+1)赋值给ρ；当ρ＜fδ时，重新执行本步骤，否则继续执行；
步骤2.17、根据整数变量m′和整数变量m″的大小情况判断整数变量δ与m′或m″之间的大小关系，若δ＜max(m′,m″)，把
Figure FDA00030190778800000518
赋值给z′，把δ+1赋值给δ，给ρ重新赋值ρ＝0，然后返回执行步骤2.16，否则继续执行。
12.根据权利要求10所述的一种用于摄像机内外参数标定的编码平面靶标的编码方法，其特征在于：步骤15中，完成编码平面靶标上每个标定角点唯一性编码的过程，具体步骤如下：
步骤15.1、令j＝Max{m′,m″}，标记第j-1行第fj个平行四边形编码单元的4个顶点是标定角点的个数是Φ′p；
步骤15.2、判断N是否为偶数，若N为偶数，则执行步骤15.3；否则执行步骤15.4；
步骤15.3、取整数参数Δ并赋值Δ＝N/2，并执行以下步骤：
步骤15.3.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure FDA0003019077880000061
编码区域上的标定角点
Figure FDA0003019077880000062
记为第
Figure FDA0003019077880000063
号标定角点；
其中zv≤e′1≤zm，
Figure FDA0003019077880000064
或6，
Figure FDA0003019077880000065
步骤15.3.2、将位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure FDA0003019077880000066
编码区域上的标定角点
Figure FDA0003019077880000067
记为第(e′2-Δ)_6号标定角点/第(e′2-Δ-1)_1号标定角点；
其中
Figure FDA0003019077880000068
或4，e′2≥z′v，
Figure FDA0003019077880000069
执行完成本步骤后，结束标定角点唯一性编码；
步骤15.4、取整数参数Δ并赋值Δ＝(N+1)/2，并执行以下步骤：
步骤15.4.1、将所有位于编码号为e′1的平行四边形编码单元的第
Figure FDA00030190778800000610
编码区域上的标定角点
Figure FDA00030190778800000611
记为第
Figure FDA00030190778800000612
号标定角点，其中zv≤e′1≤zm，
Figure FDA00030190778800000613
或6，zm＝ε+zv-Δ-1；
步骤15.4.2、根据Φp和
Figure FDA00030190778800000614
的取值情况，所有位于编码号为e′2的平行四边形编码单元的第
Figure FDA00030190778800000615
编码区域上的标定角点
Figure FDA00030190778800000616
记为第(e′2-Δ′)_6号标定角点或第(e′2-Δ′)_1号标定角点，其中
Figure FDA00030190778800000617
或4，e′2≥z′v，z′v＝zv+Δ，
Figure FDA00030190778800000618
或
Figure FDA00030190778800000619
其中，Δ″＝2(e′2-zv)/(N+1)+1，且Δ″取整数；
执行完成本步骤后，结束标定角点唯一性编码。
13.一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以如权利要求10所述的方法。
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