[发明专利]一种环形编码标记点的编码及识别方法

摘要

本发明一种环形编码标记点的编码及识别方法属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种环形编码标记点的编码及识别方法。该方法首先根据二进制与十进制转换关系设计环形编码带，拍摄图像后利用常规图像处理算法完成编码标记点的检测及定位。采用环形编码带的灰度跳变点作为解码起点，通过单次顺时针移动计算并提取二进制码值，检测并判断二进制码值串中最高位的位置，将该二进制串分割并重新拼接，将生成的二进制串代表的十进制数值实现解码。该方法利用重新排列二进制串的方式避免了循环移位计算过程，仅需单次检测并通过重新排列的方式完成码值提取，同时编码值不受限制可任意选取，解码效率及码值利用率高，具有良好普适性及可行性。

主权项

1.一种环形编码标记点的编码及识别方法，其特征是，该方法首先根据二进制与十进制转换关系设计环形编码带，根据二值化、最小二乘法拟合等常规算法处理拍摄的图像，完成编码标记点的检测及定位得到环形编码点的图像后，基于环形编码带的灰度变化，以灰度跳变点作为解码起点单次顺时针移动，根据圆心角和弧度计算该编码带上所包含的0或1，进而提取二进制码值串，检测该二进制串并判断其最高位的位置，将该二进制串分割为两个片段并重新拼接生成新的二进制串，其代表的十进制数值即为最终的编码值；方法的具体步骤如下：步骤1：环形编码带编码采用环形编码标记点为10位编码标记点，即每隔36°对环形编码带进行分度，其中背景及代表“0”的环形编码带为黑色，中心圆及代表“1”的环形编码带为白色，其图像灰度直方图具有双峰特征；依据本文解码方法，编码过程即为将十进制数转化为二进制数，并将环形编码带中的白色块与二进制数的“1”对应；步骤2：编码标记点检测首先依据分块二值化方法，对采集的图像进行二值化处理：其中，用尺寸大小S×S将图像分成互相重合一半的块Aij，用Otsu法计算每块的阈值tij＝Ostu(Aij)，基于该阈值用双线性插值法计算每个像素点的二值化阈值，以此进行灰度分割；在二值化图像上提取目标特征轮廓后，使用最小二乘法拟合椭圆的参数：中心、长轴、短轴及倾斜角，求取参与拟合的任意一点(xi,yi)离椭圆的偏差均值，以去掉不规则的椭圆，并经过坐标系转换将所有拟合点转换到以椭圆中心为坐标原点，长轴、短轴分别为X轴、Y轴的坐标系上，并计算点(xi,yi)的拟合误差Δri：其中，a与b分别分拟合椭圆的长半径和短半径；将Δri取求均值并将拟合误差超过一定均值的轮廓舍去；步骤3：编码标记点分类再根据标记点周围是否有白色连通域的编码环段来区分编码标记点，需满足两个约束：首先是距离约束，即环形白色块的拟合中心距离标记点中心需在一定范围内，该范围由标记点设计时本身的物理距离确定；其次是面积约束，即环形白色块的面积与标记点的面积比需满足一定比例：其中，环形白色块的面积为AS，编码点由内而外的3个直径为r1，r2和r3；综上，即可得到所有编码标记点的二值化图像；步骤4：逆仿射变换，解码起点提取采用环形编码带的中间部位提取解码起点，即根据环形编码带白色块的拟合中心来拟合椭圆B，实际中的相机模型是透视变换，这里近似为仿射变换；将椭圆B按照公式(4)逆仿射映射为一个单位圆，使得单位圆上各像素的灰度与椭圆B上的像素灰度一一对应：其中，X'为逆仿射为单位圆的坐标，a0、b0、X0、θ分别为椭圆B的长半径、短半径、圆心坐标、偏转角；为避免任意选择解码起点时刚好选到的是编码环段的中间，利用椭圆B中有灰度跳变的点作为解码起点；步骤5：环形编码带解码由步骤4得到解码起点，然后在单位圆上以顺时针方向检测到下一个灰度跳变点，并计算前后两个点对应的圆心角，利用圆心角与36°的比值结合灰度变化关系，计算环形编码带上“0”和“1”的个数，按顺序排列得到初始二进制数值串；10位二进制串表达210个数值，但实际测量过程使用的编码标记点远小于该数值，因此由将十进制下的编码值转换为二进制码值串，在二进制码值串的高位会连续出现最多的“0”，依据该特性，将上述检测得到的二进制数值串导入计算机中，判断出最多的“0”位，以此找到该二进制数值串中所对应最高位的“0”，以最高位“0”的左侧为分界线，将该二进制串分解两个片段并调换位置，拼接生成的新二进制串即为所求二进制码值串，将其转换为十进制数值实现解码。