[发明专利]高鲁棒性的标志点解码方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，尤其涉及一种高鲁棒性的标志点解码方法及系统，用于多传感器网络中大尺寸物体三维形貌的拼接和匹配。

背景技术

在计算机视觉和三维测量中，对于大尺寸的三维物体，需要多个图像传感器从多个角度对三维物体进行数据采集才能得到完整的三维形貌。而在这样的多传感器网络中，采用全局控制网络的全局匹配方法，将不同视角的深度数据变换到统一的参考坐标系的方法来完成多视场匹配，那么匹配的精确性是提高三维数据拼接正确率的重要环节。

人工标志点作为重要的图像特征，广泛应用于相机标定、三维重建、深度数据匹配等3DIM的重要领域。其中，圆形标志点以其定位精度高、易于识别的优点的到了广泛的应用。

不同视场的图像之间点对应关系的确立(对应点匹配)是基于立体视觉的三维重建的基础。但是普通(非编码)标志点只是一个圆点，其所成的像一般是椭圆，相互之间无法在形态上进行区分，对于没有任何先验知识(未经标定)的立体视觉系统，无法实现非编码标志点的对应匹配。因此需要设计外观有区别的标记点——编码标志点，通过外观为每个标志点确立不同的编码值，使每个编码标志点具有唯一的身份信息以确立编码点之间的对应关系。自上个世纪以来，编码标志点已经在数字近景工业摄影测量中得到了广泛的应用。

编码标志点的设计方案主要分为两大类：如图1(a)、图1(b)示出的同心圆(环)式和图1(c)、图1(d)点示出的分布式。在实际应用方面，美国GSI公司的V-STAR系统采用的是Hattori编码标志点(图1(c))；德国AICON 3D公司的DPA-Pro系统采用的是Schneider编码标志点(图1(b))，目前DPA-Pro系统至少被两家公司集成在自己的相关产品中：

(1)德国GOM公司的TRITOP系统；

(2)德国Steinbichler公司的COMMET系统。

后来国内外诸多学者进行了研究，在Schneider标志的基础之上，国内学者Zhou设计了双层编码环带的标志点，上海交通大学的张义力在“逆向工程数据获取中测量参考点的设计与自动检测关键技术研究”中设计了编码环带14等分间隔的标志点。

因此，如果能避免拍摄角度、相机分辨率以及噪声等因素对标志点中编码特征区域的判断造成的误差，将会使标志点的解码应用更广泛。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种高鲁棒性的标志点解码方法，以更好地避免拍摄角度、相机分辨率以及噪声等因素对标志点中编码特征区域的判断造成的误差。

本发明是这样实现的，一种高鲁棒性的标志点解码方法，包括下述步骤：

步骤A，估计单应矩阵，利用估计出的单应矩阵将标志点的透视投影图像变换为正投影图像；

步骤B，在极坐标系下遍历标志点正投影图像的编码段，得到编码段的每一像素点在笛卡尔坐标系中对应的像素值，根据各像素值的分布情况判断各编码段的长度，以此确定每一编码段在二进制编码序列中所占的码值位数，再将各编码段的像素值作为其在二进制编码序列中的码值，形成一个在笛卡尔坐标系下用于表征该标志点编码值的二进制编码序列；

其中，所述标志点图像为环状二值编码图像，且当所述标志点的图像被等角度的N等分时，其中每一等份作为一个像素值编码位，而每个所述编码段又包含有至少一个等份；

步骤C，将所述二进制编码序列进行循环移位，并将每次移位后的序列转换为一个十进制编码值，最后将最小的一个十进制编码值标记为该标志点的编码值。

进一步地，步骤A中单应矩阵利用如下五个点来进行估计：利用标志点图像中心椭圆的长轴与边缘的两个交点、短轴与边缘的两个交点以及椭圆中心点。

进一步地，步骤B具体根据如下公式将包含多个标志点的图像从极坐标系映射到笛卡尔坐标系中：

X＝x₀+r×cos(theta)；

Y＝y₀+r×sin(theta)；

其中，x₀为极坐标变换中心横坐标，y₀为极坐标变换中心纵坐标，r表示极径，theta表示极角；极径r在标志点的图像范围之内。

更进一步地，所述极径r取值为：r∈[2R，3R]，R为标志点的图像的中心圆半径；所述极角theta取值为：theta∈[1°，360°]。

再进一步地，步骤B中遍历编码段的具体方式为：