[发明专利]基于三X组合标记的空间目标检测识别与位姿跟踪方法

说明书

本发明公开一种基于三X组合标记的空间目标检测识别与位姿跟踪方法，包括：A、按三X组合标记组合规划制作三X组合标记，将其粘贴于待用光学系统检测跟踪的空间目标物体上；B、在光学系统获取的双目图像中分别检测X角点，获得X角点的亚像素位置与边缘方向；C、利用三X角点组合标记的投影不变量，在双目图像中分别从检出X角点序列中检测三X角点组合标记的图像；D、将双目图像中的三X组合标记进行立体匹配，利用三角测量原理，确定三X组合标记的空间位置与姿态；E、与预先存储的三X组合标记尺寸信息进行匹配，识别三X组合标记的标签。应用本发明进行空间目标的识别与位姿跟踪，具有标记制作简单、约束少、检测率高、识别快的优点。

技术领域

本发明涉及立体视觉测量领域，尤其涉及一种基于三X组合标记的空间目标检测识别与位姿跟踪方法，属于借助于人工标记对物体进行识别与测量的技术。

背景技术

基于双目或多目立体视觉的光学跟踪与位姿测量系统，一般通过确定物体上非共线的具有明确顺序三个点的空间位置来确定目标物体的明确空间位置和姿态(简称位姿)。在具有多个目标时，还需要对不同的目标进行区分识别。

人工标记图像特征明显，在位姿测量中多用来降低视觉特征检测与立体匹配的难度。如何设计制作简单易用的标记并能进行相应的快速检测识别，满足多目标检测识别与跟踪测量需求，是立体视觉技术的一个难点，目前相关的研究文献很少。

X角点标记被广泛应用于相机标定技术中，但传统的X角点检测方法只给出X角点的位置信息，没有X角点的方向信息。且单个X角点无法应用于物体的姿态测量。

Micron tracker双目视觉光学跟踪系统，利用3个X角点组合的标记实现对物体的位姿测量，但在实现时是先检测X角点的空间位置，然后通过标记点之间的空间距离将空间点分组测试并与预先学习的组合标记结构匹配来实现三X组合标记的检测识别。

在公开号为CN102095370A，名称为“三X组合标记的检测识别方法”发明专利中，利用图像Hessian矩阵检测X角点，并定义X角点的Hessian矩阵特征向量作为X角点的方向，提出的三X标记的制作规则与图像中三X组合标记相应检测识别方法。但该技术尚存在以下不足：(1)基于Hessian矩阵检测X角点，运算量大，算法实时性不高，角点误检测率高；(2)将Hessian矩阵特征向量作为X角点方向，其物理意义不明显，且方向受噪声影响较大，影响后续三X组合标记的检测与匹配；(3)三X标记组合规则约束较多，连通性约束给标记制作产生尺寸限制，限制应用性，并在检测过程中产生额外运算，影响系统的跟踪测量速度；(4)没有确定物体的空间位姿，也没有区分识别空间中实际的三X标记。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于三X组合标记的空间目标检测识别与位姿跟踪方法，针对现有面向可见光立体视觉目标跟踪测量技术的不足，提出了新的X角点检测方法和具有明确物理含义的方向定义；提出了新的三X组合标记的制作规则，去除了连通性限制，使三X组合标记的制作应用更加灵活，同时提高三X组合标记检测的效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于三X组合标记的空间目标检测识别与位姿跟踪方法，包括：

A、按三X组合规则制作三X组合标记，将三X组合标记粘贴在待跟踪的目标上；所述的三X组合标记，满足如下条件：第一，数量性约束：由三个标准X角点组合而成；第二，相互位置约束：三个标准X角点共面但不共线；第三，正交性约束：向量AB与向量BC垂直正交；

B、利用双目立体相机系统获取包含三X组合标记的目标图像，设左眼图像为I_left，右眼图像为I_right；

C、在左眼图像和右眼图像中分别检测X角点的亚像素位置与规定的边缘方向；所述分别检测X角点，具有如下特性：第一，利用图像X角点周围环形采样序列具有4个台阶，4个对应的台阶点组成BW线和WB线；第二，检测的X角点在其小窗口邻域内具有较大的灰度差异；