基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，該方法首先對(duì)輸入的道路圖像進(jìn)行預(yù)處理；然后根據(jù)棋盤角點(diǎn)具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的特點(diǎn)從棋盤圖像中提取出候選特征點(diǎn)，然后通過(guò)候選特征點(diǎn)聚類和ChESS算子檢測(cè)出圖像特征點(diǎn)；最后根據(jù)棋盤圖像角點(diǎn)存在于圖像特征點(diǎn)且角點(diǎn)間具有對(duì)稱性的特點(diǎn)，采用先求初始角點(diǎn)然后再求其它角點(diǎn)位置的方法實(shí)現(xiàn)了棋盤圖像所有角點(diǎn)的檢測(cè)。本文所提出方法綜合考慮棋盤圖像所具有的對(duì)稱性，實(shí)現(xiàn)了棋盤圖像角點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)自動(dòng)標(biāo)定具有重要意義。本文所提出的方法可有效區(qū)分背景特征點(diǎn)和棋盤圖像角點(diǎn)，具有較好的魯棒性。
【專利說(shuō)明】基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定祺盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，尤其是圖像處理和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在圖像測(cè)量和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域中，攝像機(jī)標(biāo)定是指根據(jù)攝像機(jī)模型求取攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)的過(guò)程，是從二維圖像獲取三維信息的基本步驟，被廣泛應(yīng)用于三維重建、視覺(jué)檢測(cè)和監(jiān)控等領(lǐng)域。在現(xiàn)有攝像機(jī)標(biāo)定方法中，基于黑白棋盤圖像的平面模板標(biāo)定方法由于標(biāo)定模板制作簡(jiǎn)單、標(biāo)定方法成熟而被廣泛應(yīng)用。由于攝像機(jī)標(biāo)定精度在很大程度上取決于標(biāo)定模板角點(diǎn)的定位精度，因此如何檢測(cè)標(biāo)定模板的角點(diǎn)位置是機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的重要研究課題。
[0003]在攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，由于棋盤圖像往往具有較復(fù)雜的背景，為減少背景圖像對(duì)棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)的影響，目前大多采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊的人機(jī)交互方法進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)。該方法需要首先采用鼠標(biāo)按一定順序點(diǎn)擊棋盤圖像外圍的4個(gè)點(diǎn)，用以定出角點(diǎn)位置的參考范圍，然后再通過(guò)角點(diǎn)檢測(cè)算法檢測(cè)出點(diǎn)擊范圍內(nèi)的角點(diǎn)。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，難以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程的自動(dòng)化。另一些研究關(guān)注于如何改進(jìn)傳統(tǒng)角點(diǎn)檢測(cè)方法以解決棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)問(wèn)題，而對(duì)具有復(fù)雜背景棋盤圖像的角點(diǎn)提取問(wèn)題研究較少。
[0004]目前，已提出一些棋盤圖像角點(diǎn)自動(dòng)提取方法。如采用hough變換通過(guò)提取圖像直線特征檢測(cè)棋盤圖像角點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)棋盤圖像特征點(diǎn)的自動(dòng)提取?？偟膩?lái)說(shuō)，與攝像機(jī)標(biāo)定方法相比，目前提出的專門針對(duì)棋盤圖像角點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)和提取的方法依然較少，這在一定程度上阻礙了攝像機(jī)標(biāo)定過(guò)程自動(dòng)化程度的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種新的基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，該方法綜合考慮棋盤圖像具有的對(duì)稱性，實(shí)現(xiàn)了棋盤圖像角點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè)，適用于攝像機(jī)標(biāo)定。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，包括:進(jìn)行棋盤圖像讀??；對(duì)讀取的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；對(duì)邊緣圖像進(jìn)行二值化；在二值化的邊緣圖像上進(jìn)行候選特征點(diǎn)檢測(cè)，得到候選特征點(diǎn)；對(duì)檢測(cè)到的候選特征點(diǎn)進(jìn)行聚類；對(duì)每個(gè)候選特征點(diǎn)聚類中的所有候選特征點(diǎn)進(jìn)行對(duì)稱性計(jì)算，得到特征點(diǎn)集合；在特征點(diǎn)集合中進(jìn)行初始角點(diǎn)檢測(cè)；以初始角點(diǎn)為初始搜索點(diǎn)，估計(jì)出其它角點(diǎn)位置，在位置誤差范圍內(nèi)將所估計(jì)角點(diǎn)位置處的特征點(diǎn)置為角點(diǎn)；對(duì)搜索到的角點(diǎn)行進(jìn)行判斷；輸出最終角點(diǎn)。
[0008]具體步驟如下:
[0009]步驟⑴:開(kāi)始，讀取棋盤圖像；
[0010]步驟⑵:對(duì)圖像采用canny算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到邊緣圖像；[0011]步驟(3):對(duì)邊緣圖像進(jìn)行二值化，得到二值化的邊緣圖像；
[0012]步驟(4):在二值化的邊緣圖像上進(jìn)行候選特征點(diǎn)檢測(cè)，通過(guò)設(shè)置大小為wXw的滑動(dòng)窗口遍歷二值化邊緣圖像，如果滑動(dòng)窗口的邊緣與二值化邊緣圖像中的邊緣有4個(gè)交點(diǎn)則將滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)置為候選特征點(diǎn)，從而得到候選特征點(diǎn)集合；
[0013]步驟(5):采用圖像點(diǎn)標(biāo)注的方法將檢測(cè)到的候選特征點(diǎn)進(jìn)行聚類，得到候選特征點(diǎn)的聚類；
[0014]步驟(6):采用ChESS算子計(jì)算每個(gè)候選特征點(diǎn)聚類中所有候選特征點(diǎn)的對(duì)稱響
應(yīng)值；
[0015]步驟(7):根據(jù)候選特征點(diǎn)的對(duì)稱響應(yīng)值判斷該點(diǎn)是否為特征點(diǎn)，如果是則把該點(diǎn)放入特征點(diǎn)集合中，如果不是則舍去該點(diǎn)；
[0016]步驟(8):判斷所有候選特征點(diǎn)聚類所對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的提取是否完成，如果完成則進(jìn)入步驟(9);如果未完成，則返回步驟(6)；
[0017]步驟(9):在特征點(diǎn)集合中，進(jìn)行初始角點(diǎn)檢測(cè)；
[0018]步驟(10):以初始角點(diǎn)為初始搜索點(diǎn)，估計(jì)出其它角點(diǎn)位置，在位置誤差范圍內(nèi)將角點(diǎn)位置處的特征點(diǎn)置為角點(diǎn)；對(duì)搜索到的角點(diǎn)按行進(jìn)行排列，并稱該行角點(diǎn)為角點(diǎn)行；設(shè)置棋盤圖像一行角點(diǎn)中所含角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，若搜索到的一行角點(diǎn)中含有的角點(diǎn)個(gè)數(shù)與設(shè)定的角點(diǎn)個(gè)數(shù)相同則將該 行角點(diǎn)設(shè)置為正常角點(diǎn)行，如果角點(diǎn)個(gè)數(shù)不同則設(shè)置為非正常角點(diǎn)行；
[0019]步驟(11):判斷已搜索到的角點(diǎn)行中是否含有兩個(gè)相鄰的正常角點(diǎn)行；若檢測(cè)到兩個(gè)相鄰的正常角點(diǎn)行，則采用正常角點(diǎn)行對(duì)已搜索到的角點(diǎn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊，使角點(diǎn)行滿足對(duì)稱性要求，進(jìn)入步驟(12);若搜索結(jié)束未找到兩個(gè)相鄰正常角點(diǎn)行，則將當(dāng)前棋盤圖像作為異常情況進(jìn)行處理，進(jìn)入步驟(13)；
[0020]步驟(12):輸出圖像角點(diǎn)，
[0021]步驟(13)結(jié)束。
[0022]所述步驟(5)中采用圖像點(diǎn)標(biāo)注的方法將檢測(cè)得到的候選特征點(diǎn)進(jìn)行聚類，得到候選特征點(diǎn)聚類集合的方法為:
[0023]首先對(duì)候選特征點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，賦相鄰候選特征點(diǎn)相同的標(biāo)號(hào)，將具有相同標(biāo)號(hào)的候選特征點(diǎn)作為候選特征點(diǎn)的一個(gè)連通域；設(shè)置最小連通域距離，將距離小于該設(shè)定距離的不同連通域合并為一個(gè)連通域，并將每個(gè)合并后的連通域看作候選特征點(diǎn)的一個(gè)聚類，從而實(shí)現(xiàn)候選特征點(diǎn)的聚類。
[0024]所述步驟(6)中采用ChESS算子計(jì)算候選特征點(diǎn)聚類中候選特征點(diǎn)對(duì)稱響應(yīng)值的方法為:
[0025]設(shè)候選特征點(diǎn)集合Pfd分割為N個(gè)候選特征點(diǎn)聚類Is1, S2,…，sN}，聚類Si中含有m個(gè)候選特征點(diǎn)W1, d2,…，dm},計(jì)算Si中每個(gè)候選特征點(diǎn)的對(duì)稱性相應(yīng)值,將Si中對(duì)稱響應(yīng)值最高且大于O的候選特征點(diǎn)作為特征點(diǎn)放入特征點(diǎn)集合。
[0026]所述計(jì)算候選特征點(diǎn)對(duì)稱響應(yīng)值的公式為
【權(quán)利要求】
1.一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征包括:進(jìn)行棋盤圖像讀取；對(duì)讀取的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)；對(duì)邊緣圖像進(jìn)行二值化；在二值化的邊緣圖像上進(jìn)行候選特征點(diǎn)檢測(cè)，得到候選特征點(diǎn)；對(duì)檢測(cè)到的候選特征點(diǎn)進(jìn)行聚類；對(duì)每個(gè)候選特征點(diǎn)聚類中的所有候選特征點(diǎn)進(jìn)行對(duì)稱性計(jì)算，得到特征點(diǎn)集合；在特征點(diǎn)集合中進(jìn)行初始角點(diǎn)檢測(cè)；以初始角點(diǎn)為初始搜索點(diǎn)，估計(jì)出其它角點(diǎn)位置，在位置誤差范圍內(nèi)將所估計(jì)角點(diǎn)位置處的特征點(diǎn)置為角點(diǎn)；對(duì)搜索到的角點(diǎn)行進(jìn)行判斷；輸出最終角點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，具體步驟如下: 步驟⑴:開(kāi)始，讀取棋盤圖像； 步驟(2):對(duì)圖像采用canny算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到邊緣圖像； 步驟(3):對(duì)邊緣圖像進(jìn)行二值化，得到二值化的邊緣圖像； 步驟(4):在二值化的邊緣圖像上進(jìn)行候選特征點(diǎn)檢測(cè)，通過(guò)設(shè)置大小為wXw的滑動(dòng)窗口遍歷二值化邊緣圖像，如果滑動(dòng)窗口的邊緣與二值化邊緣圖像中的邊緣有4個(gè)交點(diǎn)則將滑動(dòng)窗口的中心點(diǎn)置為候選特征點(diǎn)，從而得到候選特征點(diǎn)集合； 步驟(5):采用圖像點(diǎn)標(biāo)注的方法將檢測(cè)到的候選特征點(diǎn)進(jìn)行聚類，得到候選特征點(diǎn)的聚類； 步驟(6):采用ChESS算子計(jì)算每個(gè)候選特征點(diǎn)聚類中所有候選特征點(diǎn)的對(duì)稱響應(yīng)值； 步驟(7):根據(jù)候選特征點(diǎn)的對(duì)稱響應(yīng)值判斷該點(diǎn)是否為特征點(diǎn)，如果是則把該點(diǎn)放入特征點(diǎn)集合中，如果不是則舍去該點(diǎn)； 步驟(8):判斷所有候選特征點(diǎn)聚類所對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的提取是否完成，如果完成則進(jìn)入步驟(9);如果未完成，則返回步驟(6)； 步驟(9):在特征點(diǎn)集合中，進(jìn)行初始角點(diǎn)檢測(cè)； 步驟(10):以初始角點(diǎn)為初始搜索點(diǎn)，估計(jì)出其它角點(diǎn)位置，在位置誤差范圍內(nèi)將角點(diǎn)位置處的特征點(diǎn)置為角點(diǎn)；對(duì)搜索到的角點(diǎn)按行進(jìn)行排列，并稱該行角點(diǎn)為角點(diǎn)行；設(shè)置棋盤圖像一行角點(diǎn)中所含角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，若搜索到的一行角點(diǎn)中含有的角點(diǎn)個(gè)數(shù)與設(shè)定的角點(diǎn)個(gè)數(shù)相同則將該行角點(diǎn)設(shè)置為正常角點(diǎn)行，如果角點(diǎn)個(gè)數(shù)不同則設(shè)置為非正常角點(diǎn)行； 步驟(11):判斷已搜索到的角點(diǎn)行中是否含有兩個(gè)相鄰的正常角點(diǎn)行；若檢測(cè)到兩個(gè)相鄰的正常角點(diǎn)行，則采用正常角點(diǎn)行對(duì)已搜索到的角點(diǎn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊，使角點(diǎn)行滿足對(duì)稱性要求，進(jìn)入步驟(12);若搜索結(jié)束未找到兩個(gè)相鄰正常角點(diǎn)行，則將當(dāng)前棋盤圖像作為異常情況進(jìn)行處理，進(jìn)入步驟(13)； 步驟(12):輸出圖像角點(diǎn)， 步驟(13)結(jié)束。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(5)中采用圖像點(diǎn)標(biāo)注的方法將檢測(cè)得到的候選特征點(diǎn)進(jìn)行聚類，得到候選特征點(diǎn)聚類集合的方法為: 首先對(duì)候選特征點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，賦相鄰候選特征點(diǎn)相同的標(biāo)號(hào)，將具有相同標(biāo)號(hào)的候選特征點(diǎn)作為候選特征點(diǎn)的一個(gè)連通域；設(shè)置最小連通域距離，將距離小于該設(shè)定距離的不同連通域合并為一個(gè)連通域，并將每個(gè)合并后的連通域看作候選特征點(diǎn)的一個(gè)聚類，從而實(shí)現(xiàn)候選特征點(diǎn)的聚類。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(6)中采用ChESS算子計(jì)算候選特征點(diǎn)聚類中候選特征點(diǎn)對(duì)稱響應(yīng)值的方法為: 設(shè)候選特征點(diǎn)集合Pfd分割為N個(gè)候選特征點(diǎn)聚類Is1, S2,…，sN}，聚類Si中含有m個(gè)候選特征點(diǎn)W1, d2,…，dm}，計(jì)算Si中每個(gè)候選特征點(diǎn)的對(duì)稱性相應(yīng)值，將Si中對(duì)稱響應(yīng)值最高且大于O的候選特征點(diǎn)作為特征點(diǎn)放入特征點(diǎn)集合。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述計(jì)算候選特征點(diǎn)對(duì)稱響應(yīng)值的公式為
6.如權(quán)利要求2所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(9)中進(jìn)行初始角點(diǎn)檢測(cè)的方法為: 定義特征點(diǎn)集合Pf中以特征點(diǎn)Po為中心包括Po在內(nèi)的任意9個(gè)相鄰特征點(diǎn)中，距離中心特征點(diǎn)Ptl最近的4個(gè)特征點(diǎn)P1~P4為臨近特征點(diǎn)，中心特征點(diǎn)Pd對(duì)角線方向的特征點(diǎn)P5~P8為對(duì)角特征點(diǎn)； 若上述特征點(diǎn)集合Pf中任意相鄰的9個(gè)特征點(diǎn)滿足臨近特征點(diǎn)對(duì)稱性、對(duì)角特征點(diǎn)對(duì)稱性和臨近特征點(diǎn)夾角范圍要求，則將該相鄰的9個(gè)特征點(diǎn)定義為初始角點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述臨近特征點(diǎn)對(duì)稱性要求為: 假設(shè)特征點(diǎn)Po~P8的坐標(biāo)分別為(Xi，yi)，0 ≤i ≤8，若在位置誤差范圍內(nèi)，臨近特征點(diǎn)P1~P4的坐標(biāo)與Ptl坐標(biāo)間滿足如下關(guān)系:
8.如權(quán)利要求6所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述對(duì)角特征點(diǎn)對(duì)稱性要求為: 假設(shè)對(duì)角特征點(diǎn)為pk，5≤k≤8，其相鄰的臨近特征點(diǎn)分別為Pi和Pp I≤i，j≤4，若在位置誤差范圍內(nèi)Pk坐標(biāo)與Pi和Pj及Ptl坐標(biāo)間滿足:
9.如權(quán)利要求6所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述臨近特征點(diǎn)夾角范圍要求為: 臨近特征點(diǎn)P1~P4與Po間的夾角ΘΡ,驗(yàn)可表示為:

10.如權(quán)利要求2所述的一種基于對(duì)稱性分析的攝像機(jī)標(biāo)定棋盤圖像角點(diǎn)檢測(cè)方法，其特征是，所述步驟(10)的具體方法為: 由已知角點(diǎn)估計(jì)其它角點(diǎn)位置包括以下三種情況:1)如果已知一行中2個(gè)及2個(gè)以上連續(xù)角點(diǎn)，估計(jì)該行中其它角點(diǎn):假設(shè)？1和？2分別表示角點(diǎn)行中的兩個(gè)相鄰角點(diǎn)，分別計(jì)算出P1關(guān)于P2的對(duì)稱點(diǎn)P3和P2關(guān)于P1的對(duì)稱點(diǎn)P4的位置，在位置估計(jì)誤差范圍內(nèi)，提取Pf中口3和P4位置處的特征點(diǎn)作為該行角點(diǎn)；依次采用該方法，實(shí)現(xiàn)該角點(diǎn)行中所有角點(diǎn)的檢測(cè)； 2)如果已檢測(cè)到的角點(diǎn)行中包含兩個(gè)相鄰的正常角點(diǎn)行，則根據(jù)正常角點(diǎn)行估計(jì)其它角點(diǎn)行中角點(diǎn)的位置:假設(shè)Pu、P12和P13為正常角點(diǎn)行I中的角點(diǎn)，P21、P22和P23為正常角點(diǎn)行2中的角點(diǎn)，分別計(jì)算出P11關(guān)于P21的對(duì)稱點(diǎn)P31、P21關(guān)于Pu的對(duì)稱點(diǎn)PopP12關(guān)于P22的對(duì)稱點(diǎn)P32 > P22關(guān)于Pl2的對(duì)稱點(diǎn)Po2^ Pl3關(guān)于P23的對(duì)稱點(diǎn)P33、P23關(guān)于Pl3的對(duì)稱點(diǎn)P03 ；則Pc1PPci^Pci3為相鄰角點(diǎn)行O中角點(diǎn)的位置^31432433為相鄰角點(diǎn)行3中角點(diǎn)的位置；在位置誤差范圍內(nèi)，將特征點(diǎn)集合Pf中相應(yīng)位置處的特征點(diǎn)置為角點(diǎn)； 3)如果已檢測(cè)到的角點(diǎn)行中沒(méi)有兩個(gè)相鄰的正常角點(diǎn)行，則根據(jù)現(xiàn)有角點(diǎn)行估計(jì)其他角點(diǎn)行中角點(diǎn)的位置:假設(shè)Pl、P2和P3為處于角點(diǎn)行H。中間位置的相鄰的三個(gè)角點(diǎn)，H1為H0的相鄰角點(diǎn)行，P4為處于H1中間位置的角點(diǎn)，分別計(jì)算Pl、P2和P3關(guān)于P4的對(duì)稱點(diǎn)P5、P6和Pp則P5~P7為新角點(diǎn)行H2中的角點(diǎn)位置,在位置誤差范圍內(nèi)，將Pf在P5~P7位置處的特征點(diǎn)置為角點(diǎn) 。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104036516SQ201410308526
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】柏猛, 李敏花, 呂英俊 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)