專利名稱：一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計及編碼方法，更具體的說，本發(fā)明涉 及一種能夠用于逆向工程、零件識別與定位中涉及的圖像匹配的方法。
背景技術(shù)：
近景攝影測量包括低空攝影測量、地面和室內(nèi)近景攝影測量，是目前國內(nèi)外研究 的熱點(diǎn)。對于大型物體目標(biāo)分割是必不可少的，而目標(biāo)分割一直也是計算機(jī)視覺中和近景 測量的一個關(guān)鍵問題，分割處理的圖像后就必須進(jìn)行像素間的匹配，在這一過程中對被測 物體進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)記，從而確定被測物體的準(zhǔn)確的位置信息顯得尤為重要。目前，現(xiàn)有的較 成熟的標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計主要有由Cootes提出的主動形狀模型(Active ShapeModel，簡稱ASM) 方法，等距標(biāo)定方法，Hill提出的采用最小化形狀模型的標(biāo)定方法，Baumberg和Hogg提出 的利用主軸和輪廓的交點(diǎn)作為參考點(diǎn)進(jìn)行局部等距標(biāo)定的方法，Souza和Jayaram提出的 自動標(biāo)定方法，基于變分域的主動形狀模型標(biāo)記點(diǎn)自動標(biāo)定，這些方法在一定程度上可以 滿足對物體進(jìn)行全場檢測的編碼標(biāo)志點(diǎn)拼接法的要求，但還分別存在以下不足所述的ASM通過目標(biāo)樣本圖像的訓(xùn)練和形狀模型的建立，有效利用了目標(biāo)形狀的 先驗(yàn)知識來指導(dǎo)分割，從而獲得了比傳統(tǒng)的基于底層特征的分割方法更好的效果。ASM方 法中需要對大量訓(xùn)練樣本的形狀進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)記點(diǎn)標(biāo)定，但目前卻沒有一種理想的解決辦 法，這成為阻礙ASM方法獲得廣泛應(yīng)用的主要問題之一。人工或人機(jī)交互的方法十分費(fèi)時 費(fèi)力而且不夠精確；等距標(biāo)定方法實(shí)現(xiàn)簡單，但無法保證各樣本標(biāo)記點(diǎn)間的一致性，因此由 其建立的模型緊致度不足；所述的Hill提出的采用最小化形狀模型的標(biāo)定方法，容易陷入局部最小值，而且 嚴(yán)重依賴初始標(biāo)記點(diǎn)的正確選擇；所述的Baumberg和Hogg提出的利用主軸和輪廓的交點(diǎn)作為參考點(diǎn)進(jìn)行局部等距 標(biāo)定的方法，但該方法在除行人外的其他目標(biāo)上效果不理想；所述的Souza和Jayaram提出的一種簡便有效的自動標(biāo)定方法，其創(chuàng)新在于采用 了“平均形狀_樣本形狀”的標(biāo)定流程，這為更好地利用樣本形狀的統(tǒng)計信息來指導(dǎo)標(biāo)記點(diǎn) 的自動選擇提供了一種有益的思路。但Souza方法在選定標(biāo)記點(diǎn)時只考慮了曲線曲率，因 此對在樣本集中變化較大但曲率較小的部位只能得到較少的標(biāo)記點(diǎn)覆蓋，從而可能導(dǎo)致形 狀描述的不準(zhǔn)確和相關(guān)形變模式的遺漏。所述的等距法是采用先標(biāo)定樣本再統(tǒng)計平均形狀的流程，而每個樣本上的標(biāo)記點(diǎn) 是獨(dú)立地等距選取的，不能保證樣本間標(biāo)記點(diǎn)的關(guān)聯(lián)一致性，導(dǎo)致平均形狀產(chǎn)生了失真，這 會影響其作為初始形狀的搜索匹配效果。對形狀不準(zhǔn)確的描述將會導(dǎo)致一個非緊致、非確 定(即會衍生出與訓(xùn)練樣本迥異的形狀)的模型。所述的基于變分域的主動形狀模型標(biāo)記點(diǎn)自動標(biāo)定不僅利用了 D-P算法有效保 形的優(yōu)點(diǎn)，并且變分域中所反映的變化頻繁、幅度較大的部位，仍能保證合理的標(biāo)記點(diǎn)覆 蓋，可看到其分布密度與樣本變化的大小成正比，但其算法復(fù)雜，造成工作量加大。
4
由此可見，尋找一種較好的人工標(biāo)志，提高標(biāo)志點(diǎn)圖像識別的精度和減少勞動強(qiáng) 度是當(dāng)前近景攝影測量，計算機(jī)視覺以及數(shù)字圖像處理等各領(lǐng)域的焦點(diǎn)和瓶頸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡潔、快速、非?？煽俊?shí) 用、容易識別的標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，該方法能夠應(yīng)用于逆向工 程、零件識別與定位中涉及的圖像匹配的方法。所述的一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法包括用于標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計的標(biāo)記圖案(由本發(fā)明提出)；用于精度控制、圖像采集和數(shù)據(jù)處理的計算機(jī)；用于采集圖像的一個高精度彩色或黑白照相機(jī)。所述的雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)圖案為正方形塊，黑色背景白色圖案或白色背景黑 色圖案，標(biāo)記圖案中心處是一個實(shí)心圓，實(shí)心圓的周圍分布兩層圓弧，且每層圓弧分別截自 同一個圓環(huán)，且個圓環(huán)的中心與中心的實(shí)心圓圓心重合。本發(fā)明的一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法和編碼的工作步驟分為以下四
止
少1.將所設(shè)計的編碼標(biāo)記圖案根據(jù)所含圓弧的個數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分組，組號與所含圓 弧的個數(shù)相同，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中編碼標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量的需求情況，合理調(diào)整圓弧的個數(shù)，從而設(shè) 計出合理的編碼標(biāo)記點(diǎn)個數(shù)，本設(shè)計的圓弧個數(shù)為1-4個。2.根據(jù)第一步所得到的組別，分別對每個組的各個雙層圓弧標(biāo)記圖案進(jìn)行編碼設(shè) 計方法的計算，設(shè)編碼點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)灰度圖像共N*M個像素點(diǎn)，灰度圖像為g(a，b)，則其算法如 下
M N
ΣΣβχ咖》)
=1 b=\_
~MN
ΣΣ
似--⑴
o=l b=\
M N
ΣΣ6χ^(α，6) cb = ^^--(2)
b=\ M N
P{ca,cb) = ΣΣ_ - (ca,cb)f g(a,b)
i =l b=l
M N
-YZ{{a-cby+(b-cb)2)g{a,b)
a=\ b=\ 根據(jù)對圖像計算上述的三個值，通過下面的公式可得到一個不變性非常可靠的值 q
Vm~Ν
Γβ⑶)2 +(6-M)2)咖，δ)
V r{ca,cb) — V q=\ b=l_
~ —MN
mYLsi^b)
a=\ b=]
q = -、’二 ’……-γτ—^--(4)
5M N其中，附=^容(《，6)。
a=l b=l3.根據(jù)第1步的分組，及第2步每個組的各個標(biāo)記圖案的q值對所設(shè)計的的標(biāo)記 圖案進(jìn)行編碼，從圓弧個數(shù)為一個的組開始，將第2步的值分別分配給各個圖案確定的編 碼，編碼數(shù)從1開始。4.根據(jù)第3步的編碼和與其相對應(yīng)的數(shù)值，編碼通過所述的高精度相機(jī)所獲得 含有所述的編碼標(biāo)記點(diǎn)圖像對其中的標(biāo)記點(diǎn)圖案進(jìn)行編碼通過計算機(jī)算法提取出標(biāo)記圖 案，根據(jù)計算機(jī)算法的區(qū)域標(biāo)號確定所含圓弧的個數(shù)，判斷所在的組，然后根據(jù)第2步的算 法計算q值，把計算所得的q值與上述判斷的組中的各個q值數(shù)據(jù)比較，提取出的標(biāo)記圖案 編碼定位與之差的絕對值最小的編碼號為其最終的編碼。本發(fā)明的有益效果是通過本發(fā)明所提出的編碼標(biāo)記點(diǎn)的方法，能夠準(zhǔn)確快速的 識別編碼標(biāo)記點(diǎn)，對任何室內(nèi)室外目標(biāo)物體的快速識別提供了快速的方法，剔除誤碼，錯 碼，填補(bǔ)了近景三維測量不準(zhǔn)確的空白，使測量技術(shù)前進(jìn)了一大步。


圖1 雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼流程圖；圖2 幾種標(biāo)記圖案示例圖；圖3 圓弧為一個的標(biāo)記圖案編碼及a值圖；圖4 圓弧為兩個的標(biāo)記圖案編碼及a值圖；圖5 圓弧為三個的標(biāo)記圖案編碼及a值圖；圖6 圓弧為四個的標(biāo)記圖案編碼及a值圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種快速、可靠、實(shí)用、操作便捷的標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法，該方法能夠應(yīng)用 于逆向工程、零件識別與定位中涉及的圖像匹配的方法。本發(fā)明的一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法包括用于標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計的標(biāo)記圖案；用于精度控制、圖像采集和數(shù)據(jù)處理的計算機(jī)；用于采集圖像的一個高精度彩色或黑白照相機(jī)。本發(fā)明的一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法具體實(shí)施的工作步驟分為以下五 步，如圖1所示1.設(shè)計雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)圖案為正方形塊，如圖2所示，標(biāo)記圖案可以為黑 色背景白色圖案，也可以是白色背景黑色圖案，標(biāo)記圖案中心處是一個實(shí)心圓，實(shí)心圓的周 圍分布兩層圓弧，且每層圓弧分別截自同一個圓環(huán)，且個圓環(huán)的中心與中心的實(shí)心圓圓心 重合，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中編碼標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量的需求情況，合理調(diào)整圓弧的個數(shù)，從而設(shè)計出合理 的編碼標(biāo)記點(diǎn)個數(shù)，本設(shè)計中圓弧的個數(shù)為1-4個。2.將所設(shè)計的編碼標(biāo)記圖案根據(jù)所含圓弧的個數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分組，組號與所含圓 弧的個數(shù)相同。3.根據(jù)第2步所得到的組別，分別對每個組的各個雙層圓弧標(biāo)記圖案進(jìn)行編碼設(shè)
6計方法的計算，設(shè)編碼點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)灰度圖像共N*M個像素點(diǎn)，灰度圖像為g(a，b)，則其算法如 下
M N
ΣΣβχ· (α，6)Ca = ^lj--(1)
σ=1 A=I M NCb = ^^--(2)
σ=1
M NP{caicb) = Σ Σ [(α,b、- (ca, cb^2 Si^ b)
α=\ b=\
M N=YYj^a-Cbf +φ-cb)2)g(a,b)
α=\ b=\根據(jù)對圖像計算上述的三個值，通過下面的公式可得到一個不變性非?？煽康闹?q
ΓμN(yùn)
ΓβAY^{{a-caf+{b-cb)2)g{a,b)
Vr(ca,cb) V a=l b=\,
q=~-~=-ττα--⑷
mYLs^b)
iJ=l b=\
M N其中，講=ΣΣ g(a’b)。
a=\ 6=]4.根據(jù)第2步的分組，及第3步每個組的各個標(biāo)記圖案的q值對所設(shè)計的的標(biāo)記 圖案進(jìn)行編碼，從圓弧個數(shù)為一個的組開始，將第3步的值分別分配給各個圖案確定的編 碼，編碼數(shù)從1開始，如圖3，4，5，6所示。5.根據(jù)第4步所獲得的編碼和與其相對應(yīng)的數(shù)值，編碼通過所述的高精度相機(jī)所 獲得含有所述的編碼標(biāo)記點(diǎn)圖像對其中的標(biāo)記點(diǎn)圖案進(jìn)行編碼通過計算機(jī)算法提取出標(biāo) 記圖案，根據(jù)計算機(jī)算法的區(qū)域標(biāo)號確定所含圓弧的個數(shù)，判斷所在的組，然后根據(jù)第3步 的算法計算q值，把計算所得的q值與上述判斷的組中的各個q值數(shù)據(jù)比較，提取出的標(biāo)記 圖案編碼定位與之差的絕對值最小的編碼號為其最終的編碼。本發(fā)明與現(xiàn)有編碼標(biāo)記點(diǎn)方法最大區(qū)別有如下兩點(diǎn)(1)本發(fā)明所設(shè)計的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計的圓弧布局是雙層圓弧，是本發(fā)明和現(xiàn)有標(biāo) 記點(diǎn)的最大區(qū)別，雙層的設(shè)計大大地提高了識別的精度。(2)編碼標(biāo)記點(diǎn)的識別算法有別于其他算法，通過算法獲得具有良好的縮放、旋轉(zhuǎn) 和平移不變性的值，剔除干擾編碼標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速的識別物體標(biāo)記點(diǎn)。綜上所述，本發(fā)明所述編碼標(biāo)記點(diǎn)方法的優(yōu)點(diǎn)是(1)識別精度高，不容易出現(xiàn)匹配誤差和匹配錯誤，測量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性高；(2)識別速度快，通過改進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)了更快速的識別；本發(fā)明的一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法在逆向工程、零件識別與定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有局限性，附圖中所 示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離 本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的同類部件或其它形式的各部件布局方式，不經(jīng) 創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的技術(shù)方案與實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法，其特征在于它包括用于標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計的雙層圓弧編碼標(biāo)記圖案，用于精度控制、圖像采集和數(shù)據(jù)處理的計算機(jī)，用于采集圖像的一個高精度彩色或黑白照相機(jī)；所述的雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)圖案為正方形塊，黑色背景白色圖案或白色背景黑色圖案，標(biāo)記圖案中心處是一個實(shí)心圓，實(shí)心圓的周圍分布兩層圓弧，每層的圓弧分別截自同一個圓環(huán)，且各圓環(huán)的中心與中心的實(shí)心圓圓心重合，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中編碼標(biāo)記點(diǎn)數(shù)量的需求情況，合理調(diào)整圓弧的個數(shù)，從而設(shè)計出合理的編碼標(biāo)記點(diǎn)個數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的標(biāo)記圖案，對雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼設(shè)計的方法，其特 征在于，將所設(shè)計的編碼標(biāo)記圖案根據(jù)所含圓弧的個數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分組，組號與所含圓弧 的個數(shù)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所得到的每個組，分別對每個組的各個雙層圓弧標(biāo)記圖案進(jìn)行編 碼設(shè)計方法的計算，其特征在于，編碼點(diǎn)標(biāo)記點(diǎn)灰度圖像共N*M個像素點(diǎn)，灰度圖像為g(a， b)，則其算法如下
4.根據(jù)權(quán)利要求2的每個組的圓弧個數(shù)及權(quán)利要求書3的m值對權(quán)利要求1的標(biāo)記圖 案進(jìn)行編碼，其特征在于從圓弧個數(shù)為一個開始，通過權(quán)利要求3所得的值分別分配給各 個圖案確定的編碼，編碼數(shù)從1開始。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中的編碼和與其相對應(yīng)的數(shù)值，編碼通過所述的高精度相機(jī)所獲得 含有所述的編碼標(biāo)記點(diǎn)圖像對其中的標(biāo)記點(diǎn)圖案進(jìn)行編碼，其特征在于通過計算機(jī)算法 提取出標(biāo)記圖案，根據(jù)計算機(jī)算法的區(qū)域標(biāo)號確定所含圓弧的個數(shù)，判斷所在的組，然后根 據(jù)權(quán)利要求3的算法計算q值，把計算所得的q值與上述判斷的組中的各個q值數(shù)據(jù)比較，提取出的標(biāo)記圖案編碼為 與q之差的絕對值最小的編碼號為其最終的編碼。
全文摘要
本發(fā)明屬于圖像處理和模式識別領(lǐng)域，涉及一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法。該方法需要設(shè)計一系列要編碼的標(biāo)記圖案，然后對所設(shè)計的雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)根據(jù)計算機(jī)算法進(jìn)行編碼。將所設(shè)計的編碼標(biāo)記圖案根據(jù)所含圓弧的個數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的分組，組號與所含圓弧的個數(shù)相同，分別對每個組的各個雙層圓弧標(biāo)記圖案進(jìn)行編碼設(shè)計方法的計算，得到一個不變性非?？煽康闹担⒋酥捣峙浣o各個標(biāo)記圖案。編碼通過所述的高精度相機(jī)所獲得含有雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)圖像對其中的標(biāo)記點(diǎn)圖案進(jìn)行編碼，通過計算機(jī)算法提取出標(biāo)記圖案，根據(jù)計算機(jī)算法的區(qū)域標(biāo)號確定所含圓弧的個數(shù)，判斷所在的組，計算不變性非?？煽康闹担延嬎闼玫闹蹬c上述判斷的所在組中的各個值數(shù)據(jù)比較，提取出的標(biāo)記圖案編碼為與之差的絕對值最小的值的編碼號為其最終的編碼。本發(fā)明所提出的一種雙層圓弧的編碼標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計方法，豐富了標(biāo)記點(diǎn)基礎(chǔ)理論，為圖像分割、匹配理論奠定基礎(chǔ)。
文檔編號G06K9/00GK101968877SQ20101050745
公開日2011年2月9日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者宋麗梅, 張春波 申請人:天津工業(yè)大學(xué)