[发明专利]一种旋转标记点旋转中心的提取方法

摘要

本发明一种旋转标记点旋转中心的提取方法属于机器视觉测量技术领域，涉及一种旋转标记点以及自动快速准确的标记点提取方法。该方法采用旋转扇形标记点，将扇形标记点通过投影仪投射在被测物表面，再绕扇形顶点做匀速旋转运动，进行旋转标记点图像采集与叠加；然后进行旋转扇形标记点旋转中心的粗提取，最后进行基于旋转中心灰度值不变的旋转扇形标记点旋转中心精提取。方法中这种旋转式标记点相对于原始标记点能够更好的适用于复杂曲面或者转动平面上表面特征点的自动准确提取，标记点提取精度高，提取算法适用性强，在标记点图像存在形变的情况下也可以快速自动准确的提取标志点。

主权项

一种旋转标记点旋转中心的提取方法，其特征是，该方法采用旋转扇形标记点，将扇形标记点通过投影仪投射在被测物表面，再绕扇形顶点做匀速旋转运动，进行旋转标记点图像采集与叠加；然后进行旋转扇形标记点旋转中心的粗提取，最后进行基于旋转中心灰度值不变的旋转扇形标记点旋转中心精提取；该方法的具体步骤如下：第一步、旋转标记点图像采集与叠加事先制作一个视频，视频中设计扇形旋转标记点在以ω的角速度匀速顺时针旋转，将视频用投影仪投影于待测物体表面；架好高速摄像机，使高速摄像机镜头对准旋转的扇形标记点，控制高速摄像机对旋转的扇形标记点进行连续的图像采集，获取扇形标记点旋转视频；对视频中的图像进行获取，间隔一定的时间获取那一时刻旋转扇形标记点的图像，其中选取的时间间隔为正好使扇形旋转标记点转动其中心角度的时间，所以选取相邻时刻的时间间隔公式如下：$\mathrm{\Δ}t=|t_1-t_2|=|t_2-t_3|=|t_j-t_{j+1}|=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ω}},j=1~n---\left(1\right)$其中，t_j为任意时刻时间，t_j+1为下一时刻的时间，α为扇形旋转标记点的圆心角，圆心角角度用弧度制表示，ω为扇形旋转标记点匀速顺时针旋转的角速度，在制作视频时已知，n为图像叠加的张数；图像叠加的具体张数满足使扇形旋转标记点转动角度等于2π，公式为：$n=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\α}}---\left(2\right)$通过公式(1)和公式(2)将每相邻固定时间间隔时刻的图像依次按旋转顺序进行图形叠加，最终得到图像叠加结果的形状近似为一个椭圆；第二步、旋转标记点特征粗提取采用灰度重心法求取椭圆的灰度重心作为旋转标记点的初始特征提取；通过对叠加图像中椭圆区域内每一个像素点的灰度值作为加权平均时的权值，对椭圆区域内每个像素点进行加权平均，最终得到椭圆区域内的平均像素点坐标即为所求区域内的灰度重心坐标，具体的应用灰度重心法求取叠加图像中椭圆的灰度重心点的公式如下：$\stackrel{\‾}{u}=\frac{\underset{u,v\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}u\×f(u,v)}{\underset{u,v\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}f(u,v)}---\left(3\right)$$\stackrel{\‾}{v}=\frac{\underset{u,v\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}v\×f(u,v)}{\underset{u,v\∈\mathrm{\Ω}}{\Σ}f(u,v)}---\left(4\right)$其中：f(u,v)是叠加图像中坐标为(u,v)的像素点的灰度值，通过对叠加图像的图像处理过程求得，Ω是目标区域集合，即叠加图像中扇形标记点旋转运动形成的椭圆区域的集合，是椭圆区域的中心坐标，即为下一步精提取旋转标记点旋转中心提供搜索范围的中心点；第三步、旋转标记点特征精提取通过第二步的旋转标记点重心粗提取，通过灰度重心法已经得到一个中心点，此中心点已经是扇形旋转标记点的近似旋转中心；为提高提取精度的同时尽量减少计算过程，以第二步灰度重心法得到的初始中心点F(x_i,y_i)为圆心，以经验值k为半径，设定该圆形区域即为扇形旋转标记点旋转中心的搜索范围；扇形旋转标记点特征精提取的过程利用旋转的扇形标记点的旋转中心灰度值不变的原理进行标记点的中心提取，将图像中每一时刻t_j下的扇形标记点在搜索范围内的每一点的灰度值与下一时刻t_j+1下的该点的灰度值进行对比求差值，然后将整个时间段中每相邻时刻的该点的灰度对比值进行叠加，求取使其最小的点即为所要求的在扇形标记点旋转过程中灰度值近似不变的点，其具体求取公式如下：

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