[发明专利]全天候未知环境下高精度快速圆形目标定位方法和系统

摘要

本发明涉及计算机视觉技术领域，本发明公开了一种全天候未知环境下高精度快速圆形目标定位方法，其具体包括以下的步骤：采用高分辨率相机采集图像，采集图像后对图像进行金字塔分解，在金字塔顶端的低分辨率图像上对完整目标或污染目标进行概略定位；然后再将低分辨率图像上的完整目标或污染目标位置映射至高分辨率图像；在高分辨率图像的目标映射区域上计算完整目标或者污染目标的中心点的三维坐标。通过在低分辨率图像上对完整目标或污染目标进行概略定位，然后映射的方式，能获得较快的定位速度，方便了系统的实现。本发明还公开了一种全天候未知环境下高精度快速圆形目标定位的系统。

主权项

1.全天候未知环境下高精度快速圆形目标定位方法，其具体包括以下的步骤：采用高分辨率相机采集图像，采集图像后对图像进行金字塔分解，在金字塔顶端的低分辨率图像上对完整目标或污染目标进行概略定位；然后再将低分辨率图像上的完整目标或污染目标位置映射至高分辨率图像；在高分辨率图像的目标映射区域上计算完整目标或者污染目标的中心点的三维坐标；在低分辨率上，当只检测到一个圆形目标区域时，圆形目标区域即为圆形区域的外界四边形；当检测到多个圆形目标，且两个圆形目标距离较近时，将两个目标区域整合为一个目标区域，设每个圆形目标区域由矩形表示C(ri₀₀,ri₀₁,ri₁₀,ri₁₁)，i＝1...m，ri₀₀,ri₀₁,ri₁₀,ri₁₁表示矩形的四个顶点，m表示目标的个数，以第1个目标为基准目标，从第i个目标开始循环，判断第i个目标是否需要和第1个目标整合在一起，如果需要，则将基准目标所在的区域和第i个目标所在区域进行整合；反之，将第i个目标区域存入新的向量，待循环结束之后，再将新向量内各个目标进行整合；令基准区域的坐标为C₀(r0₀₀,r0₀₁,r0₁₀,r0₁₁)，第i个目标区域的坐标为C_i(ri₀₀,ri₀₁,ri₁₀,ri₁₁)，其中r0_j,k和ri_j,k j,k＝0,1分别表示目标区域的四个顶点，定义为：r0₀₀＝(x0₀₀,y0₀₀)，r0₀₁＝(x0₀₁,y0₀₁)，r0₁₀＝(x0₁₀,y0₁₀)，r0₁₁＝(x0₁₁,y0₁₁),ri₀₀＝(xi₀₀,yi₀₀)，ri₀₁＝(xi₀₁,yi₀₁)，ri₁₀＝(xi₁₀,yi₁₀)，ri₁₁＝(xi₁₁,yi₁₁)；计算C₀和C_i区域是否需要整合，其具体包括以下的步骤：(1)计算C₀和C_i区域公共区域面积S_0i；S_0i＝0，从C_i区域的第一个元素开始，从左至右，从上至下进行循环；假定当前点的坐标为(x_i,y_i)，如果x0₀₀≤x_i≤x0₀₁，并且y0₀₀≤y_i≤y0₀₁；则S_0i＝S_0i+1；(2)计算第i个目标区域和基准区域是否需要整合，计算C₀的面积S₀，C_i的面积S_i；如果或者则表示第i个目标区域需要和基准区域进行整合，整合后的区域称为新的基准区域；更新后的基准区域C₀′；所述对污染目标进行概略定位的过程具体为：(1)获取图片中的非闭合曲线，记为曲线L；(2)对曲线上的每个点，计算沿x和y方向的差分，分别记为dx,dy；从第一个点开始，将dx,dy符号相同的连续像素记为弧段a_k，每一个a_k具有自身的符号，“+”或“‑”；(3)对每一个弧段a_k的凸性进行分类：弧段a_k将把其外接矩形R分为上下两个部分，计算向上部分的区域面积s_u和向下部分的区域面积s_d，如果s_u>s_d，则弧段a_k为向下凸，记为"‑"；反之为向上凸，记为“+”；(4)根据弧段的方向和凸性对弧段进行象限分类，在第一象限中，弧段方向为“‑”，凸性为“+”；在第二象限中，弧段方向为“+”，凸性为“+”；在第三象限中，弧段方向为“‑”，凸性为“‑”；在第四象限中，弧段方向为“+”，凸性为“‑”；(5)从第一个弧段a₁开始循环，在其邻域搜索弧段a_i(i≠1)，弧段a_i和a₁位于不同的象限，弧段a_i(i≠1)和弧段a₁构成候选椭圆的两部分；(6)将候选椭圆上每个像素的坐标值作为样本参数，代入椭圆方程，根据最小二乘求解椭圆参数，求得椭圆参数后，建立椭圆解析表达式，再将候选椭圆上每个点的坐标值代入椭圆方程，计算残差，去除残差大于阈值的像素点，剩余点的个数为n1；如果n1个数超过初始样本个数n0的设定比例，则将剩余的点再作为新的样本重新计算椭圆的参数，直至每个样本的计算残差都小于阈值。