[发明专利]确定靶标拓扑关系的方法及可任意摆放的摄像机标定靶标

权利要求书

1.一种确定靶标拓扑关系的方法，借助可任意摆放的摄像机标定靶标来实现，该标定靶标包括由水平和垂直排列的小圆构成，在排列的小圆中，设置有排列采用对角放置的4个大圆，其中的三个大圆的圆心位于一条直线，另一大圆的圆心在该直线以外，圆心在该直线以外的大圆标号为1号圆，距1号圆最近的大圆标号为2号圆，圆心位于一条直线的三个大圆中间的一个标号为0号圆，圆心位于一条直线的三个大圆剩余的一个大圆标号为3号圆，其特征在于，通过摄像机采集到标定靶标的图像，对该图像进行分析处理，确定靶标拓扑关系，包括下列步骤：

(1)预处理，去除噪声点，区分大圆和小圆

对采集得到的图像，分别进行二值化、轮廓提取：首先，设置较小的圆形度阈值C_T控制，用于去除背景非圆形物体的影响，接着，对剩下的轮廓按照面积和周长大小进行分组，根据靶标的特征，小圆分组肯定是包含轮廓最多的那个，剩余的轮廓分别计算和小圆分组中每个轮廓的相似度和，其中相似度和最小的四个轮廓确定为大圆，剔出其余轮廓；

(2)确定靶标方向

对于四个大圆，任一圆的圆心和其余三个的圆心组成三个矢量，如果它们分别不具共线性，则判定该任一圆为1号圆；其余三个圆的任两个圆心连线形成一个矢量，计算它分别与1号圆和三个圆心连线矢量的夹角，根据夹角的大小顺序分别确定出2号圆、0号圆和3号圆，以0号圆和1号圆连线为X轴，其垂直方向为Y轴，确定坐标系，同时标记0、1、2、3号圆的拓扑坐标值分别为(0，0)、(2，0)、(1，1)、(-1，-1)；

(3)寻找x＝0，x＝1，y＝0，y＝-1四个轴上的小圆

遍历所有小圆，计算每个圆心和0号圆心的连线与X轴矢量的共线性，把共线的小圆归类到y＝0轴上的圆序列中，同时，利用其连线和0号圆与2号圆圆心连线的夹角大小判别是在正/负向上，原则是：夹角为锐角，则在正向上，反之在负向上；把这个圆序列按照到0号圆的距离排序，分别分配相应的拓扑坐标值；标记坐标为(1，0)、(1，-1)和(0，-1)的小圆分别为4、5、6号圆，在y＝0轴圆序列上找到标号为4号的小圆，同样遍历小圆，计算小圆圆心与2号圆心连线和4号小圆与2号圆心连线矢量的共线性，确定x＝1轴向上的圆序列；同样的，找到5、6号小圆，分别借助3号大圆圆心与5号小圆圆心连线矢量，借助0号大圆圆心与6号小圆圆心连线矢量，确定y＝-1和x＝0轴向上的圆序列；

(4)确定四轴之外其他小圆的拓扑坐标

首先把未标示的小圆拓扑坐标设为(0，0)，对于y＝0轴上的小圆A，搜索y＝-1轴上对应的x拓扑坐标值一样的小圆B，连接两圆心的矢量同时搜索其余小圆圆心和A圆心连线与的共线性，共线的小圆的y拓扑坐标值设成和A的一致，按照这样的方法遍历y＝0轴上的圆序列；同理遍历x＝0轴上的圆序列，利用x＝1轴上的点，确定其余小圆的x拓扑坐标值；

(5)修正错误的拓扑坐标值

经过第4步的处理，对于横/竖向轴长短不一致的情况，小圆设定的拓扑坐标值可能会出现其中一维确定，而另一维没有被设定的错误情况，针对这种情况，进行以下修正：对于x坐标值为0的小圆，可以再次判断它和0号圆的连线是否与Y轴矢量共线，若不共线则剔除，同理，对于y坐标值为0的圆，判断是否共线于X轴矢量

(6)剔除不可靠圆

由于摄像机投射转换的影响，其中一些圆可能产生比较大的变形，成为不可靠圆，借助圆形度的高阈值，对编号后的全部圆进一步去除；或者设定合适的相似度阈值，使用其他圆和0号圆的相似度进一步剔除不可靠圆。

2.根据权利要求1所述的一种确定靶标拓扑关系的方法，其特征在于，所说的共线性，使用矢量夹角的正弦值进行判别，线段矢量和的夹角正弦值表示为：

sinθ=1-(V→1·V→d||V→1||·||V→d||)2]]>

当这个值小于阈值sinθ_T时，判定两个线段共线。