[发明专利]一种异面点合作标志器及测量方法

说明书

本发明属于计算机视觉领域，具体说是一种异面点合作标志器及测量方法，标志器包括：基面、立柱以及多个标志点；立柱有多个，均设于基面上；标志点分别设于基面和立柱上，标志点包括：圆环标志点和圆点标志点；其中，设于基面的标志点为基面标志点，设于柱体顶面上的标志点为柱面标志点；基面标志点为圆环标志点，沿基面中心点均匀分布在基面的四个角上；所述柱面标志点为圆环标志点或圆点标志点。本发明具有快速识别的特性，抗干扰能力较强，在丢失个别标志点的情况下依然能够准确完成目标识别。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体说是一种异面点合作标志器及测量方法。

背景技术

根据不同应用场景以及任务需求视觉测量可划分为单目视觉测量、多目视觉测量、结构光视觉测量等。其中多目视觉测量主要是利用场景中目标与背景的纹理信息进行双目特征匹配与相对位姿计算，算法相对复杂，计算也比较耗时；结构光测量相当于增加场景中的纹理信息，有利于目标的三维点云提取，但是如果点云比较稠密也会带来计算量大相应速度慢的问题；许多应用场景下通过合理的布局与配置，基于单目视觉的标志器测量可获得测量精度高、测量响应速度快、抗干扰能力强的特点。基于单目视觉的标志器测量在空间、水下、工业生产等多个领域都有着广泛的应用案例，如航天器交会、在轨维护、潜水器停靠、机械臂目标抓取等具体操作。

周鑫，朱枫发表于《计算机学报》，2003年第12期上的论文“关于P3P问题解的唯一性条件的几点讨论”，从工程应用的角度讨论了P3P问题多解问题以及唯一解条件，关于申请号为：201310639611.6的“一种基于点特征的单目视觉位姿测量方法”发明专利，利用等腰三角形分布的标志点构造P3P问题的唯一解条件，并采用两分迭代算法实现相对位姿快速求解。某些应用场景在相对复杂的工况下，标志器上的标志点经成像后可能出现反光、遮挡、大量光斑的干扰等问题，造成识别失败或者误识别严重影响了目标测量的效率。因此在标志器设计方面还应充分考虑标志点识别的抗干扰能力。

发明内容

本发明目的是提供一种由圆环标志点和圆点标志点组成的异面结构标志器，利用圆环标志点在图像处理中的排它性，提高标志器识别的抗干扰能力，利用异面结构提高标志器的相对位姿测量精度。标志器识别时首先从数量较少的圆环特征点中进行查找，再结合圆点特征点查找能够满足模型约束的候选最小单元，利用P3P算法计算相对位姿初值，进一步根据模型约束查找其它特征点，最后使用非线性优化算法求取相对位姿精确解。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种异面点合作标志器，包括：基面、立柱以及多个标志点；

所述立柱有多个，均设于基面上；所述标志点分别设于基面和立柱上，标志点包括：圆环标志点和圆点标志点；

其中，设于基面的标志点为基面标志点，设于柱体顶面上的标志点为柱面标志点；

所述基面标志点为圆环标志点，沿基面中心点均匀分布在基面的四个角上；所述柱面标志点为圆环标志点或圆点标志点。

所述立柱，包括：第一立柱、第二立柱以及第三立柱，基面的中心点处设有第一立柱，沿基面的中心点的立柱上下两侧对称设有第二立柱和第三立柱；

所述第一立柱、第二立柱上分别设有圆点标志点，第三立柱上设有圆环标志点；

所述第二立柱上的圆点标志点的中心点与基面顶部两角的圆环标志点的中心点处于同一水平线上；所述第三立柱上的圆环标志点的中心点与基面底部两角的圆环标志点的中心点处于同一水平线上；

所述基面上的圆环标志点的中心点顺次连线构成正方形；

所述第一立柱在基面上的垂直投影位于正方形的中心点处，第二立柱和第三立柱在基面上的垂直投影分别位于正方形的上、下两边的中点位置处。

所述圆点标志点的直径尺寸为圆环标志点的直径尺寸的三分之二，圆环标志点的内径尺寸等于圆环标志点的外径尺寸的二分之一；所述圆环标志点的内圆和外圆为同心圆。