[发明专利]一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特征点识别方法，尤其涉及一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法。

背景技术

基于视觉的目标位姿(位置、姿态)测量是光电精密测量技术领域重点研究的前沿方向，在空间探测、工业制造、机器人等领域扮演着举足轻重的作用。尤其在空间领域中，准确测量空间目标的位姿是直接关系到空间任务(交会对接、目标捕获、在轨装配和维修等)成功与否的重要前提。

基于视觉的位姿测量分为合作目标测量和非合作目标测量，合作目标测量相对非合作目标测量具有测量精度高、可靠性强、抗干扰力强、技术成熟度高等优势，因此在航天领域广泛采用。

通常而言合作目标测量需在航天器上装备合作标志器，通过对合作标志器成像识别和测量达到对航天器的位姿测量目的。合作标志器测量包括相机定标、目标识别、位姿解算等技术环节。相机定标是对相机焦距、主点、畸变等内参数进行表校测定；目标识别是对标志器特征进行识别提取，为后续位姿解算做好准备；位姿解算是利用标志器特征解算出目标相对相机的空间位置、姿态。

在目标识别这个环节中，通常包括利用标志器特征点、线、区域等特征进行特征识别提取方法，其中由于点特征提取定位方法简单长期以来被广泛应用，但同时点特征也存在容易受背景干扰、易被遮挡等弊端造成标志器识别提取失败。位姿解算中至少需要3个特征点，称为3点透视法(P3P：Perspective-3-Points)法，通常设置大于3个特征点，采用P4P,P5P，使特征点提取识别具有一定冗余性，提高识别提取目标可靠性。

针对P5P方法中的特征点识别提取问题，国内外学者作了大量研究，但均是研究5个特征点均能被完整提取情况下，识别目标并提取出5个特征点坐标。然而实际工程任务中，存在图像背景较复杂，干扰点较多、特征点易被干扰、被污损、被遮挡情况，此时某些特征点不易被提取，如何在这种情况下依然稳定可靠的识别出目标，并准确提取其他特征点坐标，是视觉测量任务面临的一大挑战。

专利CN 102915539A中公开了一种基于目标特征构型的位姿测量特征点提取方法，对P4P问题中特征点菱形布局的目标识别和特征点提取方法进行了阐述，但未涉及特征点被遮挡情况下，如何识别目标并提取特征点。而根据范生宏等人的《Canny算子对人工标志中心的亚像素精度定位》(参见《测绘科学技术学报》，2006年23卷(1)76-78页)，运用了形状因子对椭圆目标进行判别，但未涉及在特征点被遮挡情况下对目标的识别。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法。该方法根据特征点尺寸和目标尺寸的比例关系建立识别框，抑制了图像识别框之外复杂背景对识别的干扰影响；划分4象限，统计4象限被识别目标总数，解决目标1个特征点被遮挡情况下，如何稳定识别目标的问题；分别对四象限中目标尺寸、形状、到中心距离等方面进行判断，解决了目标在位移、旋转、尺度变化下的特征点准确识别问题。从而提高了特征点识别提取准确性和可靠性。

本发明采用的技术方案如下：一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法，包括如下步骤：

步骤(1)、设置合作标志器由五个高反光圆形特征点构成，设置其中4个特征点构成正方形，设置第5点特征点在正方形中央位置，设置正方形边长与特征点直径比值为R。获取合作标志器图像；

步骤(2)、将步骤(1)获取的图像进行阈值分割和连通区域判读，获取图像中共N个连通区域Q_i(i＝1…N)；

步骤(3)、根据Q_i的周长C_i和面积S_i，计算Q_i的形状因子F_i，

根据各连通区域F_i值，若F_i小于σ(σ为预先设定的接近1的阈值),则判断为圆形连通区域W_j(j＝1…K)，共K个圆形连通区域，否则判断为非圆形连通区域。

步骤(4)、根据圆形连通区域直径求出正方形识别框，识别框内划分四个象限，计算各象限内连通区域的数量、形状因子、直径、到识别框中心的距离，识别出图像中合作标志器及各特征点。

其中，所述步骤(4)具体为：

a、以W_j的围盒长度和宽度均值作为W_j直径D_j，计算M_j，

M_j＝D_jR