一種非編碼圓環(huán)形標(biāo)記點圓心圖像坐標(biāo)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理與模式識別領(lǐng)域，具體公開了一種非編碼圓環(huán)形標(biāo)記點圓屯、 圖像坐標(biāo)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于立體視覺原理的Ξ維重建技術(shù)是一項應(yīng)用立體視覺原理獲得物體Ξ維形貌 信息的技術(shù)，其通過拍攝被測物體圖像，根據(jù)相機(jī)標(biāo)定參數(shù)及立體視覺圖像特征點的匹配 關(guān)系，利用Ξ角測量原理求解物體被攝面上點的空間Ξ維坐標(biāo)，生成Ξ維點云，進(jìn)而重建出 物體Ξ維形貌。由于相機(jī)視場有限，僅能覆蓋物體的部分表面，同時不可避免會有一些表面 落入陰影而無法重建，因此單次拍攝只能獲得物體局部的Ξ維信息。而在大多數(shù)Ξ維重建 應(yīng)用場合下，為完整重建物體表面，需要對物體從不同角度進(jìn)行多次拍攝，并將重建得到的 局部點云利用點云拼接方法拼接至同一坐標(biāo)系。
[0003] 在現(xiàn)有的點云拼接方法中，基于標(biāo)記點的方法是其中精度較高、柔性較好的一種 方法。該方法將一定數(shù)量印有明顯特征圖案的標(biāo)記點貼紙粘附于物體表面，并通過對標(biāo)記 點的檢測求解所攝表面在空間中的位置及姿態(tài)。其關(guān)鍵步驟之一是從相機(jī)拍攝到的物體表 面標(biāo)記點圖像上檢測出標(biāo)記點并確定其在圖像上的坐標(biāo)。標(biāo)記點檢測方法的魯棒性、檢測 效率及檢測速度直接關(guān)系到點云拼接整體性能乃至能否正確拼接。
[0004] 非編碼標(biāo)記點是基于標(biāo)記點的點云拼接方法中常用的一種標(biāo)記點，有別于編碼標(biāo) 記點，其本身并不提供身份識別編碼信息，但其制作及使用比較簡便，尤其適用于較小尺寸 物體的Ξ維重建點云拼接。非編碼標(biāo)記點圖案有多種模式，其中，一種由黑色外環(huán)和中央白 色內(nèi)圓兩部分組成，幾何特征為圓形的非編碼標(biāo)記點比較常用，本發(fā)明方法即針對該種標(biāo) 志點進(jìn)行檢測。對該種非編碼圓環(huán)標(biāo)記點的檢測可納入圖像處理領(lǐng)域楠圓識別范疇，然而， 對其直接應(yīng)用現(xiàn)有楠圓識別算法識別效果較差，原因是Ξ維重建技術(shù)一般被應(yīng)用于復(fù)雜面 型的重建，物體表面曲率變化大，導(dǎo)致物體表面易出現(xiàn)光照不均的情況，該情況一方面會造 成偽邊緣，干擾標(biāo)記點邊緣提取;另一方面會導(dǎo)致使用固定闊值對圖像進(jìn)行二值化處理時， 較多標(biāo)記點由于處于曲面陰影處而被二值化處理過濾掉。同時，復(fù)雜面型可能導(dǎo)致標(biāo)記點 平面法向相對相機(jī)光軸角度變化幅度大，使部分圓環(huán)圖像呈楠圓形，且長徑比不一致，用單 一長徑比闊值區(qū)分楠圓易導(dǎo)致大量標(biāo)記點被漏檢。因此利用現(xiàn)有方法檢測非編碼圓環(huán)形標(biāo) 記點在識別魯棒性及效率上不夠理想。針對該問題，有必要根據(jù)非編碼圓環(huán)形標(biāo)記點的幾 何特征，開發(fā)一種對其圓屯、圖像坐標(biāo)進(jìn)行識別的兼具檢測精度及效率的檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種非編碼圓環(huán)形標(biāo)記點圓屯、圖像坐標(biāo)檢 測方法，W實現(xiàn)利用其為后續(xù)點云拼接過程提供精確的標(biāo)記點圓屯、坐標(biāo)的目的。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0007] -種非編碼圓環(huán)形標(biāo)記點圓屯、圖像坐標(biāo)檢測方法，包括如下步驟：
[000引步驟1:將物體表面處理為白色，并在白色物體表面粘貼多個非編碼圓環(huán)標(biāo)記點， 所述圓環(huán)形標(biāo)記點外環(huán)顏色為黑色，內(nèi)圓顏色為白色；
[0009]步驟2:獲取物體原始圖像，并對所述原始圖像進(jìn)行灰度化處理得到灰度圖像Ig; [0010]步驟3:拷貝灰度圖像Ig，對拷貝圖像進(jìn)行二值化處理，得到遮罩圖像Im:
[0011]步驟4:對遮罩圖像Im進(jìn)行腐蝕處理，得到腐蝕后的遮罩圖像;
[0012]步驟5:采用Canny算子對灰度圖像Ig進(jìn)行邊緣提取，得到邊緣圖像le;
[0013] 步驟6:利用腐蝕后的遮罩圖像I。/對邊緣圖像le進(jìn)行遮罩操作，過濾掉圖像le中的 偽邊緣，得到遮罩后的邊緣圖像1/ :
[0014] 步驟7:逐行遍歷遮罩后的邊緣圖像1/，確定圖像中的標(biāo)記點圓屯、位置及標(biāo)記點 橫向?qū)挾龋?br>[0015] 假設(shè)遮罩后的邊緣圖像1/寬度為W像素，高度為Η像素;采用向量r作為步驟7的結(jié) 果進(jìn)行輸出；
[0016] 步驟7-1:判斷1/第i E [Ο,Η)行是否與標(biāo)記點邊緣相交，若是，則確定出相應(yīng)交 點;方法為：
[0017] 步驟7-1-1:對1/第ie[0，H)行圖像連續(xù)取兩點j和j+1，其中_]'￡[0，胖-1)，將像素 灰度值由0跳變至1時的j值按照檢出先后順序存入向量P;所述j值用于反映疑似標(biāo)記點邊 緣位置；
[0018] 步驟7-1-2:遍歷P中的元素:若P中元素個數(shù)少于4,則認(rèn)為1/第i行不與任何標(biāo)記 點的邊緣相交，轉(zhuǎn)至步驟7-1-1直接對下一行進(jìn)行遍歷；否則，從P中依次取出連續(xù)的4個元 素 Pk、Pk+l、Pk+2、Pk+3，其中 k e [ 0 , Sp-4 )，Sp表示P 中元素個數(shù)；令di = pk+廣pk，d2 = pk+2-pk+i，d3 = Pk+3-pk+2,若同時滿足：ED < di<抓、MD < d2<MU、ED < d3<EU、di < d2，d3 < d2和 I cU-d31 < ￡11，則認(rèn)為1/第1行與疑似標(biāo)記點1^邊緣相交，其中91<刪+1、91<+2、91<+3為1/第1行與疑似標(biāo)記 點k邊緣相交所得的交點；如此，可分別得到1/第i行與相應(yīng)的若干個疑似標(biāo)記點邊緣相交 的交點；所述抓、抓為遮罩后的邊緣圖像1/上圓環(huán)形標(biāo)記點外環(huán)與內(nèi)環(huán)徑向距離的上、下 限值;所述MU、MD為圓環(huán)形標(biāo)記點內(nèi)圓截徑上、下限值；
[0019] 步驟7-2:利用步驟7-1得到的1/第i行分別與若干個疑似標(biāo)記點邊緣相交所得的 交點依次對向量q進(jìn)行賦值，即將1、如+口1<+1)/2、如+2+口1<+3)/2存入向量9，并判斷向量；1"是否 具有元素，否，則將向量q直接推入向量r，是，則判斷向量q所代表的標(biāo)記點是否已經(jīng)存在于 r中；若向量q與向量r中的任意元素均不屬于同一標(biāo)記點，則將向量q推入向量r尾部;若向 量q與向量r中的元素 r[η]來自同一標(biāo)記點，則通過比較r[η]與向量q所代表疑似標(biāo)記點邊 緣分別截取第r[n][0]行及第q[0]行掃描線所截得線段長度的大小，確定是否用q替換r [η];
[0020] 所述判斷向量q所代表的標(biāo)記點是否已經(jīng)存在于r中的方法為:針對向量q，遍歷向 量r;令dy = q[0]-;r[n] [0]，dx = q[2]-;r[n] [2]，若同時滿足：dy<MU/2及扯<抓/2,則認(rèn)為 向量q與r [η]來自同一標(biāo)記點；其中η表示r中元素序號；否則認(rèn)為向量q與；Γ[η]來自不同標(biāo) 記點；
[0021] 所述比較r[n]與向量q所代表疑似標(biāo)記點邊緣分別截取第r[n][0]行及第q[0]行 掃描線所截得線段長度大小的方法為:設(shè)初始狀態(tài)下r[n]可更新性為真，令壯= r[n][2]-r
[n][l]-(q[2]-q[l]):若壯<0,則q[0]行掃描線被q所代表疑似標(biāo)記點邊緣截得的線段長 度大于r[n][0]行掃描線被r[n]所代表的疑似標(biāo)記點邊緣截得的線段長度，說明q[0]行更 接近疑似標(biāo)記點圓屯、，此時若r[n]可更新性為真，則用q替代r[n];若df >0,說明繼續(xù)遍歷 圖像將不能使q更靠近疑似標(biāo)記點圓屯、，將r[n]的可更新性設(shè)為假；
[0022] 步驟7-3:按照步驟7-1至步驟7-2對遮罩后的邊緣圖像1/第i行的遍歷方法，完成 遮罩后的邊緣圖像1/的逐行遍歷，由此可通過r中元素確定出圖像中的疑似標(biāo)記點圓屯、位 置及疑似標(biāo)記點橫向?qū)挾龋?br>[0023] 步驟8、利用步驟7得出的疑似標(biāo)記點圓屯、信息，從1/上疑似圓屯、處起始，縱向遍 歷尋找標(biāo)記點邊緣，確定疑似標(biāo)記點縱向范圍；具體方法為：
[0024] 遍歷向量r，從邊緣圖像1/上疑似標(biāo)記點圓屯、點即坐標(biāo)為（（r[η] [1]+1·[η] [2])/ 2，:r[n][0])處對]V第(:r[n][l]+;r[n][2]V2列分別豎直向上及向下遍歷;令yu為向上遍歷 到達(dá)標(biāo)記點邊緣所需步數(shù)，yd為向下遍歷到達(dá)標(biāo)記點邊緣所需步數(shù);若有yd+yu>MU，說明r [η]所代表的疑似標(biāo)記點圓屯、點到同列上下邊緣點的距離超出了合理范圍，該疑似點應(yīng)排 除，否則將yd、yu作為該疑似標(biāo)記點的縱向范圍依次推入r[η];
[0025] 步驟9:圍繞疑似標(biāo)記點圓屯、，并根據(jù)疑似標(biāo)記點橫向及縱向范圍，在灰度圖像Ig 上構(gòu)建矩形感興趣區(qū)域R0I;
[0026] 遍歷步驟8得到的向量r，若r[n]中元素個數(shù)不為5,則跳過，否則R0I中屯、(xc，yc)在 Ig上的坐標(biāo)為（（r[n][l]+r[n][2