一種基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)與解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)與解碼方法屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)與解碼方法。動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)采用圓形特征點(diǎn)為提取特征，分為靜態(tài)定位區(qū)和動(dòng)態(tài)編碼區(qū)。對(duì)采集到的編碼點(diǎn)圖像進(jìn)行濾波處理，獲得高質(zhì)量圖像；提取特征輪廓，對(duì)圖像進(jìn)行分割，濾除背景，保留感興趣區(qū)域；利用編碼點(diǎn)靜態(tài)定位區(qū)識(shí)別編碼點(diǎn)位置，獲取編碼點(diǎn)中心坐標(biāo)；然后對(duì)動(dòng)態(tài)編碼區(qū)采集到的相機(jī)序列圖像進(jìn)行解碼處理。該方法利用投影儀投影動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)，解決了普通編碼點(diǎn)布局繁瑣的問(wèn)題，提高了測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，方便，提取速度快，解碼及匹配準(zhǔn)確，精度高，可滿足視覺(jué)動(dòng)態(tài)測(cè)量中編碼點(diǎn)的使用要求。
【專利說(shuō)明】
-種基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)與解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)與 解碼方法
【背景技術(shù)】
[0002] 在雙目立體視覺(jué)測(cè)量中，為實(shí)現(xiàn)被測(cè)特征從二維圖像平面到=維空間的快速重 建，需要利用編碼點(diǎn)來(lái)匹配兩臺(tái)相機(jī)采集到的圖像，建立同一特征在左右兩幅圖像中的對(duì) 應(yīng)關(guān)系。此外，針對(duì)一些尺寸較大的零件，由于視覺(jué)測(cè)量法單一視場(chǎng)測(cè)量范圍有限，需要通 過(guò)多視數(shù)據(jù)拼接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)大型零件的整體測(cè)量，在多視數(shù)據(jù)拼接的過(guò)程中，利用編碼 點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè)和匹配，可W方便快速地建立局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。因 此，編碼點(diǎn)在視覺(jué)測(cè)量中應(yīng)用廣泛，在特征的自動(dòng)化快速匹配與重建中起到了至關(guān)重要的 作用。目前常用的編碼點(diǎn)主要為二維平面編碼點(diǎn)，平面編碼點(diǎn)可直接粘貼于被測(cè)物體表面， 在測(cè)量時(shí)，利用相機(jī)采集編碼點(diǎn)上特征的形狀和位置，對(duì)照編碼表獲取特征不同排列方式 所代表的信息，從而得到編碼點(diǎn)的編碼值，實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼點(diǎn)的識(shí)別。但是由于普通編碼點(diǎn)采用 粘貼的布置方式，每次測(cè)量前都需要繁瑣的布點(diǎn)過(guò)程，降低了測(cè)量效率;其次，由于平面編 碼點(diǎn)采用回光材料制作，需要均勻的補(bǔ)光才能得到較好的采集效果，動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中，相機(jī) 采集帖頻高，曝光時(shí)間較短，容易出現(xiàn)明暗不均的情況，解碼效果不理想；另外在大視場(chǎng)測(cè) 量過(guò)程中，很難實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)均勻補(bǔ)光，左右相機(jī)采集到的編碼點(diǎn)圖像不一致，容易導(dǎo)致誤匹配 的出現(xiàn)。
[0003] 經(jīng)文獻(xiàn)檢索，孟祥麗等發(fā)明的專利："一種容量大、魯棒性強(qiáng)的編碼標(biāo)志點(diǎn)及其解 碼方法"（專利號(hào):CN 105303224 A)提出了包括定位標(biāo)志位、起始標(biāo)志位和編碼位的編碼標(biāo) 志點(diǎn)，起始標(biāo)志位和編碼位均分布于W定位標(biāo)志位為中屯、的圓周上，定位標(biāo)志位設(shè)置有起 始標(biāo)志點(diǎn)，編碼位上設(shè)置有編碼點(diǎn)，各個(gè)編碼位上編碼點(diǎn)的有無(wú)構(gòu)成了不同的編碼標(biāo)志點(diǎn)。 該發(fā)明的編碼容量大、識(shí)別準(zhǔn)確，但是由于編碼標(biāo)志點(diǎn)由多個(gè)圓構(gòu)成，占用面積較大，不容 易張貼。黃明等發(fā)明的專利："基于坐標(biāo)的分布型編碼標(biāo)志識(shí)別方法及系統(tǒng)"，專利號(hào)：CN 104376328 A，發(fā)明了一種基于坐標(biāo)的分布型編碼標(biāo)志的識(shí)別方法，該發(fā)明設(shè)置了各種圓形 標(biāo)志，并建立平面坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)反算的方法按照最小距離匹配原則一一匹配，從而確定 出各坐標(biāo)的編碼值。該發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)、快速準(zhǔn)確的識(shí)別大量編碼標(biāo)志，但是其解碼過(guò)程較為 繁瑣，運(yùn)算較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的編碼標(biāo)志點(diǎn)布點(diǎn)繁瑣、匹配不準(zhǔn)確等的缺陷，發(fā)明 了一種基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)和解碼方法，該編碼點(diǎn)在普通圓形編碼點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了 時(shí)間維度的信息，編碼點(diǎn)會(huì)W-定的頻率閃爍，依據(jù)相機(jī)采集特性可W獲得W不同頻率閃 爍的編碼點(diǎn)的不同編碼值，從而準(zhǔn)確匹配左右相機(jī)的編碼點(diǎn)。該方法采用投影儀布置編碼 點(diǎn)，方便快速，提高了效率，且解碼準(zhǔn)確，匹配精度高。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于頻率編碼的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)與解碼方法，其 特征是，動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)采用圓形特征點(diǎn)為提取特征，分為靜態(tài)定位區(qū)和動(dòng)態(tài)編碼區(qū)；首 先對(duì)采集到的編碼點(diǎn)圖像進(jìn)行濾波處理，獲得高質(zhì)量圖像;提取特征輪廓，對(duì)圖像進(jìn)行分 害d，濾除背景，保留感興趣區(qū)域;利用編碼點(diǎn)靜態(tài)定位區(qū)識(shí)別編碼點(diǎn)位置，獲取編碼點(diǎn)中屯、 坐標(biāo);然后對(duì)動(dòng)態(tài)編碼區(qū)采集到的相機(jī)序列圖像進(jìn)行解碼處理，根據(jù)動(dòng)態(tài)編碼區(qū)基于其頻 率變化而產(chǎn)生的灰度變化得到循環(huán)數(shù)列；利用循環(huán)數(shù)列循環(huán)數(shù)的不同檢測(cè)出不同的編碼 點(diǎn)，并W其最小循環(huán)數(shù)作為編碼值，根據(jù)編碼值實(shí)現(xiàn)左右相機(jī)編碼點(diǎn)的準(zhǔn)確匹配。方法的具 體步驟如下：
[0006] 第一步、編碼點(diǎn)圖像預(yù)處理
[0007] 利用投影儀投影編碼點(diǎn)，并用雙目相機(jī)對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行采集。對(duì)雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng) 采集到的原始圖像，首先進(jìn)行中值濾波處理，獲得高質(zhì)量的圖像;然后選取合適的闊值對(duì)圖 像進(jìn)行二值化處理，提取圓形特征點(diǎn)的特征輪廓，并對(duì)圖像進(jìn)行分割，濾除背景區(qū)域，保留 感興趣區(qū)域。
[000引第二步、動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的識(shí)別定位
[0009] 對(duì)于圖像中經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理無(wú)法去除的一些雜散點(diǎn)，要基于編碼點(diǎn)特征圓的特 征，對(duì)圖像進(jìn)行進(jìn)一步處理，濾除非目標(biāo)信息，從而保證編碼點(diǎn)的精確識(shí)別及定位。
[0010] 1)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的識(shí)別
[0011] 根據(jù)特征圓的形狀信息和灰度信息，分別采用面積準(zhǔn)則、圓度準(zhǔn)則和灰度均勻準(zhǔn) 則對(duì)靜態(tài)定位區(qū)的編碼點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別。
[0012] 面積準(zhǔn)則：由于投影在物體表面的編碼點(diǎn)特征圓在被測(cè)物體表面所占的像素?cái)?shù)可 W通過(guò)提前標(biāo)定，因此可W利用編碼點(diǎn)的面積作為約束，對(duì)圖像進(jìn)行處理，將面積不符合要 求的特征區(qū)域剔除，濾除雜散點(diǎn)。面積準(zhǔn)則判據(jù)公式如下：
[0013] Np>Nt (1)
[0014] 其中，Np為特征區(qū)域所占像素?cái)?shù)，Nt為面積闊值，可通過(guò)提前標(biāo)定得出。
[0015] 圓度準(zhǔn)則：由于動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)采用的是圓形特征點(diǎn)，其形狀信息應(yīng)該滿足圓度準(zhǔn)則， 圓度準(zhǔn)則判據(jù)公式為：
[0016]
(2)
[0017] 其中，e為特征區(qū)域的圓度，et為圓度的闊值，S為連通區(qū)域的面積，1為連通區(qū)域的 輪廓周長(zhǎng)。圓度e的值在0到1的范圍內(nèi)，對(duì)于正圓，6 = 1。若目標(biāo)區(qū)域越接近正圓，則其圓度 值越接近1，反之越接近0。采用該準(zhǔn)則可W濾除邊界不規(guī)則的近圓區(qū)域，提高編碼點(diǎn)的提取 精度，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤編碼點(diǎn)。
[0018] 灰度均勻性準(zhǔn)則：由于編碼點(diǎn)特征圓是由投影儀投影產(chǎn)生的，其所在區(qū)域的灰度 值分布相對(duì)非編碼點(diǎn)區(qū)域要更加均勻，因此采用灰度均勻性準(zhǔn)則對(duì)圖像中的所有連通區(qū)域 進(jìn)行判斷。首先計(jì)算連通區(qū)域的灰度平均值，公式如下：
[0019]
：3)
[0020] 其中，g為目標(biāo)灰度值的平均值，S為連通區(qū)域，n為連通區(qū)域的像素?cái)?shù)，g(Xi，yj)為 連通區(qū)域內(nèi)像素坐標(biāo)(xi，yj)處的灰度值。
[0021] 則灰度判據(jù)可表示為：
[0022]
(4)
[0023] 其中，Dg為目標(biāo)區(qū)域的灰度方差，Dt為灰度闊值。
[0024] 利用W上=個(gè)判斷準(zhǔn)則對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)于不滿足W上=個(gè)判據(jù)的連通區(qū)域 予W剔除，保留同時(shí)滿足=個(gè)判據(jù)的連通區(qū)域，并可認(rèn)為其為編碼點(diǎn)。
[0025] 2)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的定位
[0026] 對(duì)于被識(shí)別為編碼點(diǎn)的連通區(qū)域采用灰度重屯、法對(duì)編碼點(diǎn)的中屯、進(jìn)行準(zhǔn)確定位， 得到編招占的由,1、,、處掠估"旅麼甫,1、,、決公式如下；
[0027]
[002引
[0029] 其中，（xc，yc)為編碼點(diǎn)中屯、坐標(biāo)。
[0030] 第S步、動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼
[0031] 得到編碼點(diǎn)特征圓的中屯、(xc，yc)后，對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行解碼，得到其編碼值，W匹配左 右相機(jī)圖像的編碼點(diǎn)。動(dòng)態(tài)編碼區(qū)的編碼點(diǎn)將W-定的頻率閃爍，明暗交替出現(xiàn)，同時(shí)相機(jī) W-定的采樣頻率進(jìn)行采樣，拍攝一序列圖像，W實(shí)現(xiàn)基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼。根據(jù) 相機(jī)的觸發(fā)過(guò)程和動(dòng)態(tài)采集特性，基于采樣定理，設(shè)定圓形動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的閃爍頻率應(yīng)滿足 如下條化^ ?
[0032]
[0033] 其中，時(shí)為圓形動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的閃爍頻率，Tdc為分配給動(dòng)態(tài)編碼區(qū)的時(shí)間，fc為相機(jī) 采集帖頻，N為自然數(shù)集。
[0034] 進(jìn)行解碼時(shí)，首先要對(duì)動(dòng)態(tài)編碼起始位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，然后根據(jù)特征圓的灰度 進(jìn)行解碼;首先判斷編碼點(diǎn)起始位置，編碼點(diǎn)在從靜態(tài)定位區(qū)過(guò)渡到動(dòng)態(tài)編碼區(qū)時(shí)，編碼點(diǎn) 特征圓的灰度會(huì)發(fā)生明顯的變化，因此將圖像序列前后兩帖圖像中特征圓的灰度差作為編 碼起始位置的判斷依據(jù)。本發(fā)明直接采用特征圓圓屯、點(diǎn)(xc，yc)所在像素格的灰度值代替特 征圓的灰度值，灰度差判據(jù)可W表示為：
[00 對(duì) gn(xc，yc)-gn-i(xc，yc杉gT (8)
[0036] 其中，gn (XC，yc)為圖像序列第n張圖片中特征圓圓屯、(XC，yc)所在像素格的灰度值， gn-i (XC，yc)為圖像序列第n-1張圖片中特征圓圓屯、(XC，yc)所在像素格的灰度值，gT為灰度闊 值，此闊值根據(jù)環(huán)境周圍亮度進(jìn)行選取。對(duì)于滿足式(8)的第n張圖片作為編碼的起始位置。
[0037] 然后，解碼動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)判斷特征圓灰度時(shí)，W編碼點(diǎn)中屯、的灰度值代表其整體灰 度，并W編碼點(diǎn)亮?xí)r的灰度為gi，編碼點(diǎn)暗時(shí)的灰度值為go。W上述得到的第n張圖片作為編 碼的起始位置，對(duì)后續(xù)編碼圖像序列內(nèi)每帖圖像中編碼點(diǎn)中屯、的灰度進(jìn)行判斷，將圖像序 列轉(zhuǎn)化為一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的數(shù)列，得到數(shù)列{an}，數(shù)列中的每一項(xiàng)由W下公式確定：
[00；3 引
[0039] 其中，O為灰度差闊值。
[0040] 由于編碼點(diǎn)是按照固定的頻率閃爍的，因此該二進(jìn)制數(shù)序列為循環(huán)數(shù)列，即存在 常數(shù)K，使得
[0041] an+K = an,nGN (10)
[0042] 則使式（10)成立的最小自然數(shù)K為數(shù)列{an}的循環(huán)周期，而K即為動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的編 碼值，改變動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的閃爍頻率時(shí)就可W相應(yīng)得到不同的編碼值K，此時(shí)即實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)編 碼點(diǎn)的解碼，根據(jù)此編碼點(diǎn)的編碼值可方便快速匹配左右相機(jī)圖像內(nèi)的編碼點(diǎn)，完成特征 點(diǎn)的匹配。
[0043] 本發(fā)明的有益效果是該方法利用投影儀投影動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)，解決了普通編碼點(diǎn)布局 繁瑣的問(wèn)題，提高了測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，方便快速;并W閃爍頻率作為不同編碼點(diǎn)的編 碼值，提取速度快，解碼及匹配準(zhǔn)確，精度高，可滿足視覺(jué)動(dòng)態(tài)測(cè)量中編碼點(diǎn)的使用要求。
【附圖說(shuō)明】
[0044] 圖1為動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)圖。其中，1-靜態(tài)定位區(qū)，2-動(dòng)態(tài)編碼區(qū)。圖2為雙目動(dòng)態(tài) 義集系統(tǒng)。其中，3-相機(jī)腳架，4-左相機(jī),5-投影儀,6-被測(cè)物,7-動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)，8-右相機(jī)。
[0045] 圖3為動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)解碼流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0047] 實(shí)施例1，首先搭載如圖2所示的雙目動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)，投影儀5安裝在相機(jī)腳架3中 部，左、右相機(jī)相機(jī)4、8分別安裝在投影儀5的兩側(cè)，被測(cè)物6放置在雙目動(dòng)態(tài)采集系統(tǒng)對(duì)面 合適的位置，投影儀5向被測(cè)物6投影動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)7,并利用左、有兩臺(tái)相機(jī)4、8對(duì)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn) 7進(jìn)行采集。
[004引投影儀5型號(hào)為EPSON邸-C301MS，亮度30001m，左、右相機(jī)型號(hào)VC-12MC-M，分辨率 3072*4096,最高帖頻60化。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，左、有相機(jī)的帖頻f。= 10化，單次采集周期Tc = 0.1s，曝光時(shí)間TE = 20ms，投影儀5投影出五個(gè)編碼點(diǎn)，運(yùn)五個(gè)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的頻閃周期分別 為 0.23,0.33,0.43,0.63,0.83，對(duì)應(yīng)的編碼值1(。分別為2,3,4,6,8。
[0049] 附圖3為動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼流程圖。整個(gè)解碼過(guò)程包括編碼點(diǎn)圖像預(yù)處理、動(dòng)態(tài)編 碼點(diǎn)的識(shí)別定位和動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼=個(gè)主要步驟。通過(guò)相機(jī)動(dòng)態(tài)采集到的序列圖片判斷 出各個(gè)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的不同編碼值，實(shí)現(xiàn)解碼，完成左右相機(jī)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的匹配。實(shí)施例的具 體步驟如下：
[0050] 第一步、編碼點(diǎn)圖像預(yù)處理
[0051] 利用投影儀投影編碼點(diǎn)，并用左、右相機(jī)對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行采集。對(duì)于采集到的原始圖 像，由于存在一些電子干擾而產(chǎn)生圖像噪聲，影響圖像的后續(xù)處理，因此需要對(duì)原始圖像進(jìn) 行中值濾波處理，獲得高質(zhì)量的圖像。然后選取合適的闊值對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，提取圓 形特征點(diǎn)的特征輪廓，并對(duì)圖像進(jìn)行分割，濾除背景區(qū)域，保留感興趣區(qū)域。
[0052 ]第二步、動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的識(shí)別定位
[0053] 首先對(duì)經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理的靜態(tài)定位區(qū)1的編碼點(diǎn)位置進(jìn)行識(shí)別，由于在測(cè)量過(guò)程 中背景中存在一些亮度較高的無(wú)關(guān)特征，僅僅通過(guò)圖像預(yù)處理無(wú)法將運(yùn)些雜散點(diǎn)濾除掉， 因此為保證編碼點(diǎn)的精確提取，根據(jù)編碼點(diǎn)特征圓的形狀和灰度信息，利用面積準(zhǔn)則公式 (1)、圓度準(zhǔn)則公式(2)和灰度均勻性準(zhǔn)則公式(4)對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行判斷，對(duì)于不滿足運(yùn)=個(gè)公 式條件的連通區(qū)域予W剔除，保留同時(shí)滿足=個(gè)公式條件的連通區(qū)域，并認(rèn)為其為編碼點(diǎn)。
[0054] 然后對(duì)被認(rèn)為是編碼點(diǎn)的連通區(qū)域采用公式（5)計(jì)算編碼點(diǎn)的中屯、坐標(biāo)值(XC， yc)，確定其位置坐標(biāo)。
[0055] 第=步、動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼
[0056] 對(duì)于被確定的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)利用其動(dòng)態(tài)編碼區(qū)2對(duì)其進(jìn)行解碼處理，首先判斷動(dòng)態(tài) 編碼點(diǎn)的起始位置。根據(jù)編碼點(diǎn)在從靜態(tài)定位區(qū)過(guò)渡到動(dòng)態(tài)編碼區(qū)時(shí)，編碼點(diǎn)特征圓的灰 度會(huì)發(fā)生明顯的變化，因此將圖像序列前后兩帖圖像中特征圓的灰度差作為編碼起始位置 的判斷依據(jù)。為簡(jiǎn)化圖像處理過(guò)程，提高圖像處理速度，W特征圓圓屯、點(diǎn)(xc，K)所在像素格 的灰度值代替特征圓的灰度值，利用公式(8)判斷動(dòng)態(tài)編碼區(qū)的起始位置，然后對(duì)起始位置 W后的序列圖像進(jìn)行解碼處理。首先對(duì)序列圖像的灰度值進(jìn)行判斷，設(shè)定一個(gè)闊值，并利用 公式(9)得到一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)列{an}，由于編碼點(diǎn)是按照固定的頻率閃爍的，因此該二進(jìn)制 數(shù)序列為循環(huán)數(shù)列，找到循環(huán)數(shù)列的最小循環(huán)數(shù)K即為該編碼點(diǎn)的編碼值，如表1和表2所 示，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼，根據(jù)此編碼點(diǎn)的編碼值可W方便快速匹配左右相機(jī)圖像 內(nèi)的編碼點(diǎn)，完成特征點(diǎn)的匹配。
[0057] 表1左相機(jī)采集到的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)
[0化引
[0059]表2右相機(jī)采集到的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)
[0060]
[0061]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于頻率編碼的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)，及動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的識(shí)別和解碼方 法。該動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)制作方法簡(jiǎn)單，采用投影的方式保證了編碼點(diǎn)在連續(xù)采集過(guò)程中的亮度。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)明的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)易于定位，提取過(guò)程快捷，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，便于布置，滿足 了視覺(jué)動(dòng)態(tài)測(cè)量中編碼點(diǎn)的使用要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)與解碼方法，其特征是，動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)采用 圓形特征點(diǎn)為提取特征，分為靜態(tài)定位區(qū)和動(dòng)態(tài)編碼區(qū)，首先對(duì)采集到的編碼點(diǎn)圖像進(jìn)行 濾波處理，獲得高質(zhì)量圖像;提取特征輪廓，對(duì)圖像進(jìn)行分割，濾除背景，保留感興趣區(qū)域； 利用編碼點(diǎn)靜態(tài)定位區(qū)識(shí)別編碼點(diǎn)位置，獲取編碼點(diǎn)中心坐標(biāo);然后對(duì)動(dòng)態(tài)編碼區(qū)采集到 的相機(jī)序列圖像進(jìn)行解碼處理，根據(jù)動(dòng)態(tài)編碼區(qū)基于其頻率變化而產(chǎn)生的灰度變化得到循 環(huán)數(shù)列;利用循環(huán)數(shù)列循環(huán)數(shù)的不同檢測(cè)出不同的編碼點(diǎn)，并以其最小循環(huán)數(shù)作為編碼值， 根據(jù)編碼值實(shí)現(xiàn)左右相機(jī)編碼點(diǎn)的準(zhǔn)確匹配;方法的具體步驟如下： 第一步、編碼點(diǎn)圖像預(yù)處理 利用投影儀投影編碼點(diǎn)，并用雙目相機(jī)對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行采集;對(duì)雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)采集 到的原始圖像，首先進(jìn)行中值濾波處理，獲得高質(zhì)量的圖像;然后選取合適的閾值對(duì)圖像進(jìn) 行二值化處理，提取圓形特征點(diǎn)的特征輪廓，并對(duì)圖像進(jìn)行分割，濾除背景區(qū)域，保留感興 趣區(qū)域； 第二步、動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的識(shí)別定位 對(duì)于圖像中經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理無(wú)法去除的一些雜散點(diǎn)，要基于編碼點(diǎn)特征圓的特征，對(duì) 圖像進(jìn)行進(jìn)一步處理，濾除非目標(biāo)信息，從而保證編碼點(diǎn)的精確識(shí)別及定位； 1)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的識(shí)別 根據(jù)特征圓的形狀信息和灰度信息，分別采用面積準(zhǔn)則、圓度準(zhǔn)則和灰度均勻準(zhǔn)則對(duì) 靜態(tài)定位區(qū)的編碼點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別； 面積準(zhǔn)則：由于投影在物體表面的編碼點(diǎn)特征圓在被測(cè)物體表面所占的像素?cái)?shù)可以通 過(guò)提前標(biāo)定，因此可以利用編碼點(diǎn)的面積作為約束，對(duì)圖像進(jìn)行處理，將面積不符合要求的 特征區(qū)域剔除，濾除雜散點(diǎn);面積準(zhǔn)則判據(jù)公式如下： NP>Nt (1) 其中，NP為特征區(qū)域所占像素?cái)?shù)，Nt為面積閾值，可通過(guò)提前標(biāo)定得出； 圓度準(zhǔn)則：由于動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)采用的是圓形特征點(diǎn)，其形狀信息應(yīng)該滿足圓度準(zhǔn)則，圓度 準(zhǔn)則判據(jù)公式為：其中，e為特征區(qū)域的圓度，et為圓度的閾值，S為連通區(qū)域的面積，1為連通區(qū)域的輪廓 周長(zhǎng)；圓度e的值在0到1的范圍內(nèi)，對(duì)于正圓，e = l;若目標(biāo)區(qū)域越接近正圓，則其圓度值越 接近1，反之越接近〇;采用該準(zhǔn)則可以濾除邊界不規(guī)則的近圓區(qū)域，提高編碼點(diǎn)的提取精 度，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤編碼點(diǎn)； 灰度均勻性準(zhǔn)則：由于編碼點(diǎn)特征圓是由投影儀投影產(chǎn)生的，其所在區(qū)域的灰度值分 布相對(duì)非編碼點(diǎn)區(qū)域要更加均勻，因此采用灰度均勻性準(zhǔn)則對(duì)圖像中的所有連通區(qū)域進(jìn)行 判斷;首先計(jì)算連通區(qū)域的灰度平均值，公式如下：其中，f為目標(biāo)灰度值的平均值，S為連通區(qū)域，η為連通區(qū)域的像素?cái)?shù)，g(Xl，^)為連通 區(qū)域內(nèi)像素坐標(biāo)(Xl，h)處的灰度值； 則灰度判據(jù)可表示為：其中，Dg為目標(biāo)K域的灰度方差，Dt為灰度閾值； 利用以上三個(gè)判斷準(zhǔn)則對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)于不滿足以上三個(gè)判據(jù)的連通區(qū)域予以 剔除，保留同時(shí)滿足三個(gè)判據(jù)的連通區(qū)域，并可認(rèn)為其為編碼點(diǎn)； 2)動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的定位 對(duì)于被識(shí)別為編碼點(diǎn)的連通區(qū)域采用灰度重心法對(duì)編碼點(diǎn)的中心進(jìn)行準(zhǔn)確定位，得到 編碼點(diǎn)的中心坐標(biāo)值;灰度重心法公式如下：其中，（xc，yc)為編碼點(diǎn)中心坐標(biāo)； 第三步、動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼 得到編碼點(diǎn)特征圓的中心(xc，yc)后，對(duì)編碼點(diǎn)進(jìn)行解碼，得到其編碼值，以匹配左右相 機(jī)圖像的編碼點(diǎn)；動(dòng)態(tài)編碼區(qū)的編碼點(diǎn)將以一定的頻率閃爍，明暗交替出現(xiàn)，同時(shí)相機(jī)以一 定的采樣頻率進(jìn)行采樣，拍攝一序列圖像，以實(shí)現(xiàn)基于頻率的動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的解碼;根據(jù)相機(jī) 的觸發(fā)過(guò)程和動(dòng)態(tài)采集特性，基于采樣定理，設(shè)定圓形動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的閃爍頻率應(yīng)滿足如下 條件：其中，f>為圓形動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的閃爍頻率，TDC為分配給動(dòng)態(tài)編碼區(qū)的時(shí)間，fc為相機(jī)采集 幀頻，N為自然數(shù)集； 進(jìn)行解碼時(shí)，首先要對(duì)動(dòng)態(tài)編碼起始位置進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，然后根據(jù)特征圓的灰度進(jìn)行 解碼;先判斷編碼點(diǎn)起始位置，編碼點(diǎn)在從靜態(tài)定位區(qū)過(guò)渡到動(dòng)態(tài)編碼區(qū)時(shí)，編碼點(diǎn)特征圓 的灰度會(huì)發(fā)生明顯的變化，因此將圖像序列前后兩幀圖像中特征圓的灰度差作為編碼起始 位置的判斷依據(jù);直接采用特征圓圓心點(diǎn)（xc，K)所在像素格的灰度值代替特征圓的灰度 值，灰度差判據(jù)可以表示為： gn(xc,yc)-gn-i(xc,yc)^:gT (8) 其中，8"1(；，7(；)為圖像序列第11張圖片中特征圓圓心(1(；，7(；)所在像素格的灰度值，811-1 (xc，yc)為圖像序列第n-ι張圖片中特征圓圓心(xc，yc)所在像素格的灰度值，gT為灰度閾值， 此閾值根據(jù)環(huán)境周圍亮度進(jìn)行選取;對(duì)于滿足式(8)的第η張圖片作為編碼的起始位置； 解碼動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)：判斷特征圓灰度時(shí)，以編碼點(diǎn)中心的灰度值代表其整體灰度，并以編 碼點(diǎn)亮?xí)r的灰度為gl，編碼點(diǎn)暗時(shí)的灰度值為go;以上述得到的第η張圖片作為編碼的起始 位置，對(duì)后續(xù)編碼圖像序列內(nèi)每幀圖像中編碼點(diǎn)中心的灰度進(jìn)行判斷，將圖像序列轉(zhuǎn)化為 一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的數(shù)列，得到數(shù)列{an}，數(shù)列中的每一項(xiàng)由以下公式確定：其中，σ為灰度差閾值； 由于編碼點(diǎn)是按照固定的頻率閃爍的，該二進(jìn)制數(shù)序列為循環(huán)數(shù)列，即存在常數(shù)Κ，使 得公式 an+K = an,neN (10) 則使式（10)成立的最小自然數(shù)K為數(shù)列{an}的循環(huán)周期，而K即為動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的編碼值， 改變動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn)的閃爍頻率fF就可以相應(yīng)得到不同的編碼值K，此時(shí)即實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)編碼點(diǎn) 的解碼，根據(jù)此編碼點(diǎn)的編碼值匹配左、右相機(jī)圖像內(nèi)的編碼點(diǎn)，完成特征點(diǎn)的匹配。
【文檔編號(hào)】G06T9/00GK105957116SQ201610285851
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】劉巍, 蘭志廣, 楊帆, 高鵬, 張洋, 李曉東, 賈振元, 高航
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)