CN118111403A - 一种抗干扰测量定位用模式靶标及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗干扰测量定位用模式靶标及其定位方法，涉及合作对象三维测量定位领域，模式靶标包括：圆形整体结构以及编码圆；所述圆形整体结构使用外圆和内圆构成的同心圆环，所述同心圆环的内部的颜色保持一致，所述同心圆环对应一个二进制编码的识别序列号，所述识别序列号采用所述编码圆的形式，所述编码圆分布在所述同心圆环的编码环带上；所述模式靶标采用抗反射的吸光材质进行印制。本发明基于圆形特征的识别优势，设计了特征松散结构，以应对长景深成像中的信息压缩带来的失真，确保识别准确性与定位精度，使用了抗反射的吸光材质进行靶标的印制，以保障其在时变场景下的高对比度特性。

Description

一种抗干扰测量定位用模式靶标及其定位方法

技术领域

本发明属于合作对象三维测量定位技术领域，具体涉及一种抗干扰测量定位用模式靶标及其定位方法。

背景技术

模式靶标在测量定位中多用于提供高对比度的特征，在智能制造、航空航天等领域的视觉测量、导航、定位任务中，应用较为广泛。人工设计的模式靶标通常在大多数光照和环境条件下，均具有稳定的以及易于识别的几何特征，从而与周围环境区分开。

现有多种模式靶标设计，针对特定场景下的测量定位任务做出相应的技术创新。如在制图与定位场景中广泛应用的AprilTag等模式靶标；在标定场景中，模式靶标也会以阵列的形式，标定用到的二维特征如角点或是圆形，也可实现图像中的像素坐标与对应世界坐标的快速映射。但现有通用的模式靶标以及与其配套的识别算法，多在近距离的自然光场景下应用，少有能够满足多尺度的长景深成像场景，在多种环境干扰下中进行测量定位的靶标设计与配套的识别算法设计。多为采用现有的靶标模式或是识别算法，完成测量任务。

所以在模式靶标的应用中，应将靶标的物理结构设计与识别算法设计相结合，共同实现高效的定位需求，提供有利于算法能效的低成本识别对象，以及相应的识别算法设计。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，提出一种抗干扰测量定位用模式靶标及其定位方法，针对复杂场景下的视觉导航、高效定位需求，突破普通模式靶标应用时的强限制性，为不同测量需求提出一种通用且经济有效的解决方案。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种抗干扰测量定位用模式靶标，包括：圆形整体结构以及编码圆；

所述圆形整体结构使用外圆和内圆构成的同心圆环，所述同心圆环的内部的颜色保持一致，所述同心圆环对应一个二进制编码的识别序列号，所述识别序列号采用所述编码圆的形式，所述编码圆分布在所述同心圆环的编码环带上；

所述模式靶标采用抗反射的吸光材质进行印制。

本发明还提供了一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，所述定位方法用于定位上述的模式靶标，包括以下步骤：

构建所述模式靶标的识别号库，所述识别号库中每个所述模式靶标对应一个坐标，对所述模式靶标的参数进行定义，并构建约束条件；

在满足约束条件情况下，采集原始模式靶标图像，并对所述原始模式靶标图像进行畸变校正和去噪操作，得到预处理后图像；

对所述预处理后图像进行靶标识别，并基于识别结果从所述识别号库中查找识别到的所述模式靶标的坐标。

优选的，定义的所述参数包括：内圆的物理半径R ₁，平面成像中的内圆的半径r ₁，外圆的物理半径R ₂，平面成像中的外圆的半径r ₂，环带的物理半径R ₃，平面成像中的环带的半径r ₃，编码圆的物理半径为R ₄，平面成像中的编码圆的半径r ₄。

优选的，构建所述约束条件的方法包括：

设定采样间隔δ，提取所述编码环带中心一周的灰度值，得到第一一维信号，并基于所述第一一维信号进行推导，得到所述模式靶标中每个比特位的对应角度，基于所述对应角度构建第一约束公式：

，

其中，N为模式靶标的总比特位数，为每个比特位的对应角度，单位为度，w ₁为每个正比特位的信号段中正分布宽度，单位为mm，w ₂为每个正比特位的信号段中负分布宽度，单位为mm；

获取模式靶标图像，对于当前比特位为1的对应角度处，沿所述同心圆环的半径方向，提取从所述内圆至所述外圆的灰度值，得到第二一维信号，并基于所述第二一维信号构建第二约束公式：

，

其中，w ₃为环带的宽度，单位为mm，w ₄为正信号的宽度，单位为mm；

对于测量距离Dmm下的模式靶标，相机焦距fmm，像元尺寸为σmm，单像素对应的实际物理距离可表示为，并基于所述第一约束公式、所述第二约束公式和所述单像素对应的实际物理距离构建特征边缘约束公式：

，

其中，η为最小分辨间距。

优选的，所述靶标识别的方法包括：

对所述预处理后图像进行边缘检测，得到图像边缘的边缘链，对所述边缘链进行椭圆检测，得到候选同心圆；

基于所述候选同心圆进行定位框识别，得到包含定位框的椭圆图像，通过正视变换将所述椭圆图像拉伸为圆形靶标图像，对所述圆形靶标图像的中心点进行定位，得到圆形靶标图像中心点，对所述圆形靶标图像中心点进行反投影，得到所述原始模式靶标图像的真实中心点；

确定所述真实中心点后，对所述圆形靶标图像上的识别号进行解码，得到所述原始模式靶标图像的所述识别结果。

优选的，得到所述边缘链的方法包括：

以表示图像灰度值，利用中心差分代替计算x方向的梯度g _x 和y方向的梯度g _y ：

，

对于一条直线上相邻的三个点p ₁(x ₁,y ₁)、p ₂(x ₂,y ₂)、p ₃(x ₃,y ₃)，在p ₁到p ₃中存在亚像素点p ₄，根据p ₁、p ₂和p ₃的模值拟合曲线，在曲线上的p ₁点和到p ₃点之间中存在亚像素点p ₄ ，亚像素点p ₄的坐标偏移量如下：

，

其中，为点/>的梯度模值，根据所述坐标偏移量得到p ₄的坐标(x ₄,y ₄)：

；

对全图的散点进行边缘点链接操作，得到所述边缘链。

优选的，所述椭圆检测的方法包括：

对所述边缘链进行椭圆拟合，得到椭圆参数：长轴a、短轴b、椭圆长轴与图像坐标系的x轴夹角θ，满足椭圆标准方程：

其中，x ₀为椭圆中心点的x坐标，y ₀为椭圆中心点的y坐标；将所述椭圆标准方程与椭圆一般方程进行转换，得到转换关系方程：

；

通过拉格朗日方程建立圆外一点到圆上最小距离方程，求解点到圆上最近点的距离L：

，

其中，λ为外圆半径与内圆半径的比值；

计算所述边缘链上的每一个点在椭圆上的比例rate，统计在椭圆上的点，并重新拟合椭圆，得到拟合后椭圆：

，

其中，M为边缘链的长度，count为计算点集个数，thres为点到椭圆的距离的阈值，n为边缘链上的任意一点，dis为计算距离的函数，E为拟合得到的椭圆轮廓方程，P’为任意一点到拟合椭圆方程上的最近点；

基于模式靶标内外圆的固定反相特征对所述拟合后椭圆的内外属性进行定义，得到内圆集合Q _i 和外圆集合Q _o ；

以单个椭圆点集Q中最左端的点P _l 和最右端的点P _r 的连线L _lr 作为分界线，将所述椭圆点集Q划分为上边部分和下边部分，得到椭圆内圆的定义和椭圆外圆的定义：

，

将椭圆中心点距离满足阈值的内外圆对记为椭圆对的候选轮廓，将中心相近的、分别标识为内圆和外圆的一对椭圆，记为所述候选同心圆。

优选的，得到所述真实中心点的方法包括：

计算所述候选同心圆上的特征点的均值坐标，得到单个圆的初始中心点坐标，其中：

；

计算所述候选同心圆中的内外椭圆的偏心误差：

，

其中，为内圆在x轴方向的偏心误差，/>为内圆的初始中心点的横坐标，/>为内圆在y轴方向的偏心误差，/>为内圆的初始中心点的纵坐标，/>为外圆在x轴的偏心误差，/>为外圆的初始中心点的横坐标，/>为外圆在y轴的偏心误差，/>为外圆的初始中心点的纵坐标，K _x 和K _y 为与半径无关的系数；

基于偏心误差得到中心点坐标方程：

，

将初始中心点坐标带入所述中心点坐标方程，得到所述圆形靶标图像中心点，对所述圆形靶标图像中心点进行反投影，得到所述原始模式靶标图像的所述真实中心点。

优选的，所述解码的方法包括：

沿着所述编码环带的路径从任意起点出发，提取所述编码环带一周的灰度值并展开为第三一维信号；

枚举所述识别号库中的所有参考信号码值，生成对应的二进制码和参考信号，将所述第三一维信号与所述参考信号进行旋转匹配；

采用循环移位法求解与匹配后的所述参考信号对应的所述二进制码的十进制码值，得到所述识别结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）本发明基于圆形特征的识别优势，设计了特征松散结构，以应对长景深成像中的信息压缩带来的失真，确保识别准确性与定位精度，使用了抗反射的吸光材质进行靶标的印制，以保障其在时变场景下的高对比度特性；

（2）本发明通过模式靶标的几何特征约束与编码设计，降低逐像素搜索的计算成本，加快特征成组与唯一性校验，以实现高效定位，针对复杂场景下的视觉导航、高效定位需求，突破了普通模式靶标应用的强限制性，为不同测量需求提出一种通用且经济有效的解决方案，实现了大场景下动、静态对象的捕捉和精准定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例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是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的模式靶标的样式示意图，其中，a为10位编码的模式靶标样例，b为黑反相模式下的6位编码的模式靶标样例，c为白反相模式下的6位编码的模式靶标样例；

图2为本发明实施例的模式靶标尺寸参数说明示意图；

图3为本发明实施例的靶标识别流程示意图；

图4为本发明实施例的靶标解码流程示意图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

在本实施例中，一种抗干扰测量定位用模式靶标，包括：圆形整体结构以及编码圆；模式靶标圆形整体结构使用外圆和内圆构成的同心圆环，模式靶标同心圆环的内部的颜色保持一致，模式靶标同心圆环对应一个二进制编码的识别序列号，模式靶标识别序列号采用模式靶标编码圆的形式，模式靶标编码圆分布在模式靶标同心圆环的编码环带上；模式靶标采用抗反射的吸光材质进行印制。

在本实施例中，模式靶标仅采用圆形特征构成整体结构。为了提供鲁棒的定位特征，使用通过外圆和内圆构成的同心圆，作为模式靶标的基础形状。同心圆环内的颜色需保持一致，为了保证在不同光照环境下的最大对比度。连通区域的颜色可有黑白两种反相模式，根据具体测量场景选用。每个同心圆都会被分配一个识别序列号作为场景下唯一的识别依据，该序列号会以二进制编码表示，以编码圆的形式，分布于同心圆的编码环带上。内外圆在编码环带外形成边界，用以确定特定的识别区域。识别码的生成具有旋转不变性，与易匹配的特点。在识别时可通过搜索近似圆形轮廓来选择模式靶标候选目标，以降低计算资源的消耗。解码过程则需要通过对编码环中心的编码环带灰度值进行采样，从而生成归一化信号。具体的如图1所示，图1中(a)为10位编码的模式靶标样例，图1中(b)、图1中(c)为的为黑白两种反相模式下的6位编码的模式靶标样例。

另外，本实施例提供了模式靶标材质设计细节，通过采用抗反射的吸光材料，以保障其在时变场景下的高对比度特性，具体包括：使用了抗反射的吸光材质进行靶标的印制，以保障其在时变场景下的高对比度特性。优选地，模式靶标的材质白色部分采用玻璃微珠材料，玻璃微珠常应用于航空航天、城市交通道路的夜间反光装置的制作中；黑色部分采用吸光材料制作，为在高反射材料表面增强靶标边缘的对比度。若当模式靶标应用于如强反射的金属表面此类场景的特征部署任务中时，也可采用吸光涂料完成相应制作。在测量使用时可通过增加与相机光心同向的光源，同时调低相机曝光时间，实现全天候抗环境光干扰的功能。

实施例二

在本实施例中，一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，包括以下步骤：

S1.构建模式靶标的识别号库，识别号库中每个模式靶标对应一个坐标，对模式靶标的参数进行定义，并构建约束条件。

在本实施例中，对于N个比特位的模式靶标，唯一的代码值以二进制形式定义，表示为N个小圆。然后可以根据给定的N位编码，计算其所有可能的码值从而设置识别号库，或是根据现场布置的对应码值建立识别号库。

定义的参数包括：内圆的物理半径R ₁，平面成像中的内圆的半径r ₁，外圆的物理半径R ₂，平面成像中的外圆的半径r ₂，环带的物理半径R ₃，平面成像中的环带的半径r ₃，编码圆的物理半径为R ₄，平面成像中的编码圆的半径r ₄。

构建约束条件的方法包括：

对于总位数为N的模式靶标来说，设定采样间隔δ（这里的δ可以是任意精度，取决于图像模糊的程度从而决定采样间隔的大小），提取编码环带中心一周的灰度值，得到第一一维信号，并基于第一一维信号进行推导，得到模式靶标中每个比特位的对应角度，如图2所示，每一位中用于表示1和表示0的宽度可以基于对应角度构建的第一约束公式计算：

，

其中，N为模式靶标的总比特位数，为每个比特位的对应角度，单位为度，w ₁为每个正比特位的信号段中正分布宽度，单位为mm，w ₂为每个正比特位的信号段中负分布宽度，单位为mm；

获取模式靶标图像，对于当前比特位为1的对应角度处，沿同心圆环的半径方向，提取从内圆至外圆的灰度值，得到第二一维信号，用于正信号真实性的交叉验证，并基于第二一维信号构建第二约束公式：

，

其中，w ₃为环带的宽度，单位为mm，w ₄为正信号的宽度，单位为mm；

对于测量距离Dmm下的模式靶标，相机焦距fmm，像元尺寸为σmm，单像素对应的实际物理距离可表示为，则在靶标平面和图像平面平行的情况下，可以通过d换算得到具体成像的像素数。为了保证成像时特征边缘的质量，/>、/>以及目标的所有参数都会根据成像距离受到限制，使得靶标在特定距离下成像时，特征边缘之间的间距大于最小分辨间距ηpixel。根据图案各处的样式设计，在不同参数设置下，基于第一约束公式、第二约束公式和单像素对应的实际物理距离构建特征边缘约束公式：

。

S2.在满足约束条件情况下，采集原始模式靶标图像，并对原始模式靶标图像进行畸变校正和去噪操作，得到预处理后图像。

S3.对预处理后图像进行靶标识别，并基于识别结果从识别号库中查找识别到的模式靶标的坐标。

本实施例中，以10位编码靶标，顺时针码值为69的靶标样式为实施例，其对应二进制码为0001000101。具体的识别流程图如图3所示，靶标识别的方法包括：

S3.1.对预处理后图像进行边缘检测，得到图像边缘的边缘链，对边缘链进行椭圆检测，得到候选同心圆。

得到边缘链的方法包括：

以表示图像灰度值，利用中心差分代替计算x方向的梯度g _x 和y方向的梯度g _y ：

，

则点对应的梯度模值/>与方向/>可相应求得。对于一条直线上相邻的三个点p ₁(x ₁,y ₁)、p ₂(x ₂,y ₂)、p ₃(x ₃,y ₃)，假设在这三个点中模值最大的点为p ₂点，用p ₁ 、p ₃ 的模值来计算p ₂ 点对应的亚像素坐标。根据p ₁、p ₂和p ₃的模值拟合曲线，在曲线上的p ₁点和p ₃点之间存在亚像素点p ₄，即为点p ₂ 的亚像素点，在p ₄点处的梯度模值大于p ₁到p ₃中的任何一点，亚像素点p ₄的坐标偏移量如下：

，

根据坐标偏移量得到p ₄的坐标(x ₄,y ₄)：

；

对于水平方向以及垂直方向的边缘点，使用水平和垂直方向插补，来减少插补计算时有些点的梯度并没有通过Canny运算计算出来所带来的误差，同时减少计算量。通过点的梯度方向夹角应小于90度，以及当前点梯度值大于一定阈值的方法，对全图的散点进行边缘点链接操作，得到边缘链。

椭圆检测的方法包括：

对边缘链进行椭圆拟合：使用OpenCV中的FitEllipse()函数进行椭圆拟合，得到椭圆参数：长轴a、短轴b、椭圆长轴与图像坐标系的x轴夹角θ，满足椭圆标准方程：

，

其中，x ₀为椭圆中心点的x坐标，y ₀为椭圆中心点的y坐标；将椭圆标准方程与椭圆一般方程进行转换：

，

得到转换关系方程：

；

通过拉格朗日方程建立圆外一点到圆上最小距离方程，求导解得点到圆上最近点，从而将圆外点到圆上最短距离问题，转化为求解点到圆上最近点以及求解点间距的两个步骤，求解点到圆上最近点的距离L：

，

其中，λ为外圆半径与内圆半径的比值，；

计算边缘链上的每一个点在椭圆上的比例rate，统计在椭圆上的点，并重新拟合椭圆，得到拟合后椭圆：

，

其中，M为边缘链的长度，count为计算点集个数，thres为点到椭圆的距离的阈值，n为边缘链上的任意一点，dis为计算距离的函数，E为拟合得到的椭圆轮廓方程，P’为任意一点到拟合椭圆方程上的最近点；统计整条点链到所拟合的椭圆轮廓上的最小距离和，判断其比例是否满足设定阈值，满足则保留为椭圆，将不满足阈值条件的视为离群样本点并去除，对于优化后的点集再次进行椭圆拟合，作为最后用于拟合的椭圆点集Q与椭圆中心C的候选。

基于模式靶标内外圆的固定反相特征（内白外黑、外白内黑），对拟合后椭圆的内外属性进行定义，得到内圆集合Q _i 和外圆集合Q _o ；

以单个椭圆点集Q中最左端的点P _l 和最右端的点P _r 的连线L _lr 作为分界线，将椭圆点集Q划分为上边部分和下边部分/>，得到椭圆内圆的定义和椭圆外圆的定义：

，

将椭圆中心点距离满足阈值的内外圆对记为椭圆对的候选轮廓，将中心相近的、分别标识为内圆和外圆的一对椭圆，记为候选同心圆。优选地，在条件删选中，可以利用内外圆物理半径的比值，设定具有一定冗余的阈值，从而筛选符合设计的物理尺寸的候选同心圆，缩小检索范围，去除噪声点影响，加速识别算法。

S3.2.基于候选同心圆进行定位框识别，得到包含定位框的椭圆图像，通过正视变换将椭圆图像拉伸为圆形靶标图像，对圆形靶标图像的中心点进行定位，得到圆形靶标图像中心点，对圆形靶标图像中心点进行反投影，得到原始模式靶标图像的真实中心点。

在本实施例中，对于靶标进行定位框提取，具体为：将外圆作为定位编码环的外部边界。为了便于解码，利用外椭圆的最小外接矩形的4个角点作为控制点，用于将椭圆形状的模式靶标拉伸回圆形。将模式靶标图像进行正视投影，包括：将控制点排列在正方形的四个角上，计算透视变换矩阵P：

对应的角点的图像坐标可以自由设定，只要4个角点满足形成一个正方形的特征。根据单个模式靶标检测容许的最大计算时间，进而调整变换后的图像的尺寸。然后就可以得到透视变换矩阵P以及变换后的靶标图像。优选地，边长的设置不能太小，过小的变换图像会导致低分辨率下的信息丢失，影响解码正确率；边长的设置也不能太大，会增加正视变换后模式靶标图像的生成时间。

得到真实中心点的方法包括：

投影圆的圆心与被观测圆的圆心的投影并不在同一图像位置，这种效应在成像的倾斜情况严重时越为明显，称为偏心误差。中心点定位约束过于简单时，算法无法有效减小偏心误差，最终就会影响定位精度和解码过程。由于所有椭圆轮廓点的梯度方向都指向圆心，因此在边缘检测中利用内外椭圆边缘点的梯度方向进行检测。将梯度方向转换化为向量坐标，通过矩阵变换为到靶标的正视图上，以避免二次梯度计算的耗时。计算候选同心圆上的特征点的均值坐标，得到单个圆的初始中心点坐标，其中：

；

为了获得真实的同心圆控制点投影中心，同心圆成像的椭圆对的两个中心被用来校正偏心误差。在相机透视成像中，同心圆的内外圆表现为由两个中心分开的两个椭圆。计算候选同心圆中的内外椭圆的偏心误差：

，

其中，为内圆在x轴方向的偏心误差，/>为内圆的初始中心点的横坐标，/>为内圆在y轴方向的偏心误差，/>为内圆的初始中心点的纵坐标，/>为外圆在x轴的偏心误差，/>为外圆的初始中心点的横坐标，/>为外圆在y轴的偏心误差，/>为外圆的初始中心点的纵坐标，K _x 和K _y 为与半径无关的系数；

基于偏心误差得到中心点坐标方程：

，

将初始中心点坐标带入中心点坐标方程，得到圆形靶标图像中心点，对圆形靶标图像中心点/>进行反投影，得到原始模式靶标图像的真实中心点/>。

S3.3.确定真实中心点后，对圆形靶标图像上的识别号进行解码，得到原始模式靶标图像的识别结果。

解码的方法包括：沿着编码环带的路径从任意起点出发，提取编码环带一周的灰度值并展开为第三一维信号；枚举识别号库中的所有参考信号码值，生成对应的二进制码和参考信号，将第三一维信号与参考信号进行旋转匹配；采用循环移位法求解与匹配后的参考信号对应的二进制码的十进制码值，得到识别结果。

在本实施例中，如图4所示，通过最大化互相关将原始信号与参考库进行匹配。沿着编码环带的路径从任意起点出发，提取编码环带一周的灰度值并展开为第三一维信号。优选地，这里将采样间隔设置为1度，得到一个对应于一周360度的360位的归一化信号。枚举识别号库中的所有参考信号码值，生成对应的二进制码和参考信号表达，将第三一维信号与参考信号进行旋转匹配每个参考信号必须重复两个完整的周期（720°），以确保无论采样信号的起点在哪里，都能得到准确的结果。在正确编码的情况下可以得到100%的最佳匹配率。通过对每个参考信号进行旋转匹配来获得最大相关性。在相应的旋转角度下，在图4中以(度)-(相关性)的形式给出了当前位置的匹配情况。对于每个检测到正信号的位置，我们结合编码圆的中心计算的值作为交叉验证，以抵抗低分辨率解码下的互相关损失。解码采用循环移位法求解对应十进制码值。得到的二进制码值验证对应十进制的最小值的方法，防止代码值重叠。循环完成后的结果将作为二进制数使用。此外，只要匹配的编码库唯一，并且满足设计原则，编码可以是任意长度的。进一步的，在特定的测量场景中，已知所有部署目标的码值，通过将所有的码值预记录为一个字典，以交叉验证解码结果的准确性，缩小搜索范围，以获得更好的检索时间。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，所述定位方法用于定位所述的模式靶标，所述模式靶标包括：圆形整体结构以及编码圆；所述圆形整体结构使用外圆和内圆构成的同心圆环，所述同心圆环的内部的颜色保持一致，所述同心圆环对应一个二进制编码的识别序列号，所述识别序列号采用所述编码圆的形式，所述编码圆分布在所述同心圆环的编码环带上；所述模式靶标采用抗反射的吸光材质进行印制；

其特征在于，包括以下步骤：

构建所述模式靶标的识别号库，所述识别号库中每个所述模式靶标对应一个坐标，对所述模式靶标的参数进行定义，并构建约束条件；

在满足约束条件情况下，采集原始模式靶标图像，并对所述原始模式靶标图像进行畸变校正和去噪操作，得到预处理后图像；

对所述预处理后图像进行靶标识别，并基于识别结果从所述识别号库中查找识别到的所述模式靶标的坐标；

定义的所述参数包括：内圆的物理半径R ₁，平面成像中的内圆的半径r ₁，外圆的物理半径R ₂，平面成像中的外圆的半径r ₂，环带的物理半径R ₃，平面成像中的环带的半径r ₃，编码圆的物理半径为R ₄，平面成像中的编码圆的半径r ₄；

构建所述约束条件的方法包括：

设定采样间隔δ，提取所述编码环带中心一周的灰度值，得到第一一维信号，并基于所述第一一维信号进行推导，得到所述模式靶标中每个比特位的对应角度，基于所述对应角度构建第一约束公式：

，

其中，N为模式靶标的总比特位数，为每个比特位的对应角度，单位为度，w ₁为每个正比特位的信号段中正分布宽度，单位为mm，w ₂为每个正比特位的信号段中负分布宽度，单位为mm；

获取模式靶标图像，对于当前比特位为1的对应角度处，沿所述同心圆环的半径方向，提取从所述内圆至所述外圆的灰度值，得到第二一维信号，并基于所述第二一维信号构建第二约束公式：

，

其中，w ₃为环带的宽度，单位为mm，w ₄为正信号的宽度，单位为mm；

对于测量距离Dmm下的模式靶标，相机焦距fmm，像元尺寸为σmm，单像素对应的实际物理距离可表示为，并基于所述第一约束公式、所述第二约束公式和所述单像素对应的实际物理距离构建特征边缘约束公式：

，

其中，η为最小分辨间距。

2.根据权利要求1所述一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，其特征在于，所述靶标识别的方法包括：

对所述预处理后图像进行边缘检测，得到图像边缘的边缘链，对所述边缘链进行椭圆检测，得到候选同心圆；

基于所述候选同心圆进行定位框识别，得到包含定位框的椭圆图像，通过正视变换将所述椭圆图像拉伸为圆形靶标图像，对所述圆形靶标图像的中心点进行定位，得到圆形靶标图像中心点，对所述圆形靶标图像中心点进行反投影，得到所述原始模式靶标图像的真实中心点；

确定所述真实中心点后，对所述圆形靶标图像上的识别号进行解码，得到所述原始模式靶标图像的所述识别结果。

3.根据权利要求2所述一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，其特征在于，得到所述边缘链的方法包括：

以表示图像灰度值，利用中心差分代替计算x方向的梯度g _x 和y方向的梯度g _y ：

，

对于一条直线上相邻的三个点p ₁(x ₁,y ₁)、p ₂(x ₂,y ₂)、p ₃(x ₃,y ₃)，在p ₁到p ₃中存在亚像素点p ₄，根据p ₁、p ₂和p ₃的模值拟合曲线，在曲线上的p ₁点和到p ₃点之间中存在亚像素点p ₄ ，亚像素点p ₄的坐标偏移量如下：

，

其中，为点/>的梯度模值，根据所述坐标偏移量得到p ₄的坐标(x ₄,y ₄)：

；

对全图的散点进行边缘点链接操作，得到所述边缘链。

4.根据权利要求3所述一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，其特征在于，所述椭圆检测的方法包括：

对所述边缘链进行椭圆拟合，得到椭圆参数：长轴a、短轴b、椭圆长轴与图像坐标系的x轴夹角θ，满足椭圆标准方程：

其中，x ₀为椭圆中心点的x坐标，y ₀为椭圆中心点的y坐标；将所述椭圆标准方程与椭圆一般方程进行转换，得到转换关系方程：

；

通过拉格朗日方程建立圆外一点到圆上最小距离方程，求解点到圆上最近点的距离L：

，

其中，λ为外圆半径与内圆半径的比值；

计算所述边缘链上的每一个点在椭圆上的比例rate，统计在椭圆上的点，并重新拟合椭圆，得到拟合后椭圆：

，

其中，M为边缘链的长度，count为计算点集个数，thres为点到椭圆的距离的阈值，n为边缘链上的任意一点，dis为计算距离的函数，E为拟合得到的椭圆轮廓方程，P’为任意一点到拟合椭圆方程上的最近点；

基于模式靶标内外圆的固定反相特征对所述拟合后椭圆的内外属性进行定义，得到内圆集合Q _i 和外圆集合Q _o ；

以单个椭圆点集Q中最左端的点P _l 和最右端的点P _r 的连线L _lr 作为分界线，将所述椭圆点集Q划分为上边部分和下边部分/>，得到椭圆内圆的定义和椭圆外圆的定义：

，

将椭圆中心点距离满足阈值的内外圆对记为椭圆对的候选轮廓，将中心相近的、分别标识为内圆和外圆的一对椭圆，记为所述候选同心圆。

5.根据权利要求4所述一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，其特征在于，得到所述真实中心点的方法包括：

计算所述候选同心圆上的特征点的均值坐标，得到单个圆的初始中心点坐标，其中：

；

计算所述候选同心圆中的内外椭圆的偏心误差：

，

其中，为内圆在x轴方向的偏心误差，/>为内圆的初始中心点的横坐标，/>为内圆在y轴方向的偏心误差，/>为内圆的初始中心点的纵坐标，/>为外圆在x轴的偏心误差，为外圆的初始中心点的横坐标，/>为外圆在y轴的偏心误差，/>为外圆的初始中心点的纵坐标，K _x 和K _y 为与半径无关的系数；

基于偏心误差得到中心点坐标方程：

，

将初始中心点坐标带入所述中心点坐标方程，得到所述圆形靶标图像中心点，对所述圆形靶标图像中心点进行反投影，得到所述原始模式靶标图像的所述真实中心点。

6.根据权利要求5所述一种抗干扰测量定位用模式靶标的定位方法，其特征在于，所述解码的方法包括：

沿着所述编码环带的路径从任意起点出发，提取所述编码环带一周的灰度值并展开为第三一维信号；

枚举所述识别号库中的所有参考信号码值，生成对应的二进制码和参考信号，将所述第三一维信号与所述参考信号进行旋转匹配；

采用循环移位法求解与匹配后的所述参考信号对应的所述二进制码的十进制码值，得到所述识别结果。