一種基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼算法，所述方法包括步驟：自適應(yīng)閾值法分割圖像，提取前景區(qū)域，其中含非編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域；利用每個前景區(qū)域面積剔除噪聲區(qū)域，獲取待提取區(qū)域；對待提取區(qū)域在原圖進(jìn)行局部亞像素邊緣提取，然后定位橢圓輪廓；橢圓輪廓點(diǎn)擬合橢圓，并提取編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，截取其圖像；將上述圖像中橢圓逆仿射成圓，得到待解碼圖像；偏微分處理提取編碼環(huán)區(qū)域骨架；編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼，對10位二進(jìn)制編碼循環(huán)右移，最小十進(jìn)制值即為編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼值；根據(jù)左右圖像中測量棒上確定的特征點(diǎn)編碼一一對應(yīng)即為匹配點(diǎn)對，其優(yōu)點(diǎn)是，克服了傳統(tǒng)算法立體匹配計算復(fù)雜的弊端，同時提高了匹配精度，在雙目視覺立體測量領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。
【專利說明】一種基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雙目立體視覺測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法，可用于雙目立體視覺深孔和隱藏點(diǎn)等難測點(diǎn)的測量。
【背景技術(shù)】
[0002]雙目立體視覺是計算機(jī)視覺的一個重要分支，其原理是由不同位置的兩臺相機(jī)，或者一臺經(jīng)過移動相機(jī)對同一場景取景，計算空間物體在左右圖像中的相對位移?；陔p目立體視覺的被動測距技術(shù)是目前研究最多、應(yīng)用最廣的一種距離測量技術(shù)。
[0003]完整的立體視覺可以分成四個模塊攝像機(jī)標(biāo)定、圖像獲取、立體匹配以及三維信息恢復(fù)。而立體匹配是立體視覺中最重要、最困難的問題，也是三維信息恢復(fù)的先決條件，一直是立體視覺領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。立體匹配實(shí)質(zhì)上是在基元相似性的條件下，運(yùn)用匹配準(zhǔn)則的最佳搜索問題，許多數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化技術(shù)都可應(yīng)用于立體匹配。根據(jù)匹配基元的不同，現(xiàn)有的立體匹配方法可分為如下三類:區(qū)域匹配、特征匹配以及相位匹配。
[0004]區(qū)域匹配算法的實(shí)質(zhì)是利用局部窗口之間灰度信息的相關(guān)程度來進(jìn)行匹配。但該算法的匹配窗口大小難以選擇，通常借助于窗口形狀技術(shù)來改善視差不連續(xù)處的匹配；其次是計算量大、速度慢。
[0005]基于特征的匹配方法是有選擇地匹配能表示景物自身特性的特征，通過更多地強(qiáng)調(diào)空間景物的結(jié)構(gòu)信息來解決歧義性問題?？梢缘玫奖容^精確的匹配，抗干擾性強(qiáng)，計算量小，速度快。但特征在圖像中的稀疏性決定特征匹配只能得到稀疏的視差場；特征的撮和定位過程直接影響匹配結(jié)果的精確度。
[0006]相位匹配是近二十年才發(fā)展起來的一類匹配算法。相位作為匹配基元，本身反映信號的結(jié)構(gòu)信息，對 圖像的高頻噪聲有很好的抑制作用，適合并行處理，能獲得亞像素級精度的致密視差。但存在相位奇點(diǎn)和相位卷繞的問題，需加入自適應(yīng)濾波器解決。
[0007]在一幅具有很高分辨率和較大視角的原始圖像上，相似性的點(diǎn)太多，因此很難選取到兩幅相關(guān)圖像的對應(yīng)點(diǎn)，即使能夠提取，然其所需要花費(fèi)的時間也是巨大的。在雙目立體視覺系統(tǒng)中特征點(diǎn)匹配中引入編碼標(biāo)記點(diǎn)能大大的減少特征點(diǎn)的匹配時間。
[0008]所謂編碼標(biāo)記點(diǎn)就是帶有編碼值及中心位置信息的標(biāo)記點(diǎn)?，F(xiàn)有的編碼標(biāo)記點(diǎn)定位中心大多為一個圓點(diǎn)，不利于定位，利用同心圓的話能提高編碼標(biāo)記點(diǎn)的定位精度。而提取方法用基于編碼帶面積的解碼方法，即利用拍攝圖像中編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼帶區(qū)域的面積與中心定位黑點(diǎn)的面積比來解碼。另一種方法，利用編碼帶的區(qū)域的長度與編碼帶解碼圓的周長比來確定編碼值，在確定編碼帶解碼圓時利用編碼帶外圈橢圓及內(nèi)圈橢圓來確定解碼橢圓參數(shù)。由于編碼點(diǎn)都有其自身的幾何特性，如果圖像分辨率不高或光照不理想，編碼信息可能會由于圖像灰度值的變化而受損，影響編碼識別的正確率。
[0009]雙目立體視覺測量技術(shù)在工業(yè)零件生產(chǎn)制造中可以起到很好的輔助作用，此編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法足可以滿足大量雙目立體視覺領(lǐng)域的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出了一種基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法，該方法克服了在雙目立體視覺中三維坐標(biāo)恢復(fù)時復(fù)雜的特征點(diǎn)匹配的過程，直接通過編碼點(diǎn)的一一對應(yīng)實(shí)現(xiàn)特征點(diǎn)的精確匹配，并且本發(fā)明首次將骨架提取算法應(yīng)用于測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)提取中。
[0011]本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法，其特征在于，在Windows系統(tǒng)下結(jié)合OPENCV實(shí)現(xiàn)編碼標(biāo)記點(diǎn)的解碼，解碼過程中使用骨架提取算法定位編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼帶上解碼圓，最后利用左右攝像機(jī)采集圖像中測量棒上具有相同編碼值的編碼標(biāo)記點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)左右攝像機(jī)所采集圖像的特征點(diǎn)的一一匹配；所述圖像特征點(diǎn)指雙目立體視覺測量系統(tǒng)待恢復(fù)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)所述方法包括下列步驟:
1)利用自適應(yīng)閾值分割算法對圖像進(jìn)行二值分割，通過連通域提取算法獲取圖像中前景區(qū)域，其中含有非編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域；
2)計算二值圖像中每個前景區(qū)域的面積，設(shè)編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域最小區(qū)域面積閾值H、最大區(qū)域面積閾值U，利用面積濾波剔除面積小于71及大于T2的區(qū)域，獲取待提取區(qū)域；
3)對每個待提取區(qū)域在原圖進(jìn)行局部亞像素邊緣提取，然后利用邊緣輪廓的閉合度及圓形度去除非橢圓輪廓；
4)橢圓輪廓點(diǎn)擬合橢圓，使用同心橢圓判定剔除待提取區(qū)域中非編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，得到的區(qū)域就為編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，其中同心橢圓中心點(diǎn)即為編碼標(biāo)記點(diǎn)定位中心點(diǎn)，以定位中心作為中心點(diǎn)在原圖像中截取編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域圖像；
5)將截取編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域圖像中橢圓仿射成圓，即得到待解碼圖像；
6)選取高閾值Tthreshold作為閾值二值化待解碼圖像，提取編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼帶段區(qū)域骨架線，以中心定位圓環(huán)中心為圓心，以提取到的所有骨架線上的點(diǎn)到編碼標(biāo)記點(diǎn)定位中心的平均距離作為半徑做圓；
7)選取像素值由I到0的點(diǎn)作為解碼起點(diǎn)，逆時針掃描圓上像素點(diǎn)像素值；
8)根據(jù)0，I數(shù)據(jù)段的長度與數(shù)據(jù)段的長度的比值確定10位二進(jìn)制編碼；
9)對10位二進(jìn)制的編碼進(jìn)行最小十進(jìn)制轉(zhuǎn)換；
10)利用左右攝像機(jī)采集圖像中的測量棒上具有相同編碼值的編碼標(biāo)記點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)左右攝像機(jī)所采集圖像的特征點(diǎn)的一一匹配。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下優(yōu)點(diǎn):1.本發(fā)明利用同心圓檢測算法定位編碼標(biāo)記點(diǎn)位置。2.本發(fā)明將骨架提取算法應(yīng)用到編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼中。3.本發(fā)明利用測量棒上確定的特征點(diǎn)編碼一一對應(yīng)即為匹配點(diǎn)對，避免了復(fù)雜的特征點(diǎn)匹配的過程，提高了匹配精度。雙目立體視覺測量技術(shù)在工業(yè)零件生產(chǎn)制造中可以起到很好的輔助作用，此編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法足可以滿足大量雙目立體視覺領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1:本發(fā)明測量棒結(jié)構(gòu)Z軸方向投影圖；
圖2:本發(fā)明測量棒結(jié)構(gòu)X軸方向投影圖；
圖3:本發(fā)明測量棒結(jié)構(gòu)Y軸方向投影圖；
圖4:編碼標(biāo)記區(qū)域圖；圖5:編碼標(biāo)記區(qū)域尺寸圖；
圖6:變形編碼標(biāo)記區(qū)域圖；
圖7:編碼標(biāo)記區(qū)域圖仿射變換校正圖；
圖8:編碼標(biāo)記區(qū)域校正圖解碼過程的編碼帶二值圖；
圖9:編碼標(biāo)記區(qū)域校正圖解碼過程的提取編碼帶區(qū)域骨架圖；
圖10:解碼過程的解碼圓圖；
圖11:本發(fā)明測量棒立體圖；
圖12:本發(fā)明的流程圖。
[0014]圖中:1. 測量棒主體，1-1.第一編碼標(biāo)記點(diǎn)，1-2.第二編碼標(biāo)記點(diǎn)，1-3.第二編碼標(biāo)記點(diǎn)，1_4.第四編碼標(biāo)記點(diǎn)，1-5.第五編碼標(biāo)記點(diǎn)，1-6.第六編碼標(biāo)記點(diǎn)，1-7.第七編碼標(biāo)記點(diǎn)，1_8.第八編碼標(biāo)記點(diǎn)，1-9.第九編碼標(biāo)記點(diǎn)，1-10:第十編碼標(biāo)記點(diǎn)；
2.中心定位圓環(huán)，，3.過渡區(qū)域，4.編碼帶。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了更清楚的理解本發(fā)明，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明:
如圖1至圖12所示，測量棒主體I為星形結(jié)構(gòu)，包括十個編碼標(biāo)記區(qū)域，每個編碼標(biāo)記區(qū)域包括一個矩形塑料底座，在矩形塑料底座上涂繪編碼帶4，每個編碼標(biāo)記區(qū)域的中心為中心定位圓環(huán)2，中心定位圓環(huán)2反映編碼標(biāo)記點(diǎn)位置信息，在中心定位圓環(huán)2與編碼帶4之間為過渡區(qū)域3，編碼帶反映編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼值。
[0016]由于測量棒上所有編碼標(biāo)記區(qū)域編碼標(biāo)記點(diǎn)處于同一平面，繪導(dǎo)致在使用測量棒進(jìn)行三維測量過程中求解的測量棒姿態(tài)參數(shù)誤差過大，影響雙目立體視覺系統(tǒng)測量精度，因此為了使求解的測量棒姿態(tài)參數(shù)具有更高的精度，在測量棒上選取(任意選取)其中四個編碼標(biāo)記點(diǎn)，使其對應(yīng)的矩形塑料底座的厚度比其它編碼標(biāo)記點(diǎn)對應(yīng)的矩形塑料底座的厚度厚出5mm，即測量棒上選取的四個編碼標(biāo)記點(diǎn)的平面比其余編碼標(biāo)記點(diǎn)的平面高5mm。
四個編碼標(biāo)記點(diǎn)的平面與其余編碼標(biāo)記點(diǎn)平面的高度差高度無硬性要求，但是高度差過大影響測量棒的美觀。
[0017]本實(shí)施例中，第一編碼標(biāo)記點(diǎn)1_1、第二編碼標(biāo)記點(diǎn)1_2、第七編碼標(biāo)記點(diǎn)1_7和第八編碼標(biāo)記點(diǎn)1-8的塑料底座高度為5.5_，其它編碼標(biāo)記點(diǎn)塑料底座高度為0.5_。
[0018]本發(fā)明的流程圖如圖12所示，自適應(yīng)閾值二值化分割圖像，提取前景區(qū)域；面積濾波去除小前景區(qū)域；亞像素邊緣提取亞像素邊緣；圓形度及同心圓檢測準(zhǔn)確獲取編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域；橢圓擬合提取編碼點(diǎn)的定位中心點(diǎn);仿射變換校正編碼點(diǎn)區(qū)域圖像；偏微分處理提取編碼帶區(qū)域骨架；編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼。下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明技術(shù)方案的具體實(shí)施過程加以說明。
[0019]1.自適應(yīng)閾值二值化分割圖像，提取前景區(qū)域
使用最大類間方差法提取圖像的分割閾值，記*為前景與背景的分割閾值，前景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為A ,平均灰度為A ;背景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為巧，平均灰度為A。
[0020]設(shè)原始灰度圖像的像素點(diǎn)數(shù)為，有￡個灰度級，灰度級為f的像素點(diǎn)數(shù)為Hf，那么,
【權(quán)利要求】
1.一種基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼方法，其特征在于，在Windows系統(tǒng)下結(jié)合OPENCV實(shí)現(xiàn)編碼標(biāo)記點(diǎn)的解碼，解碼過程中使用骨架提取算法定位編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼帶上解碼圓，最后利用左右攝像機(jī)采集圖像中測量棒上具有相同編碼值的編碼標(biāo)記點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)左右攝像機(jī)所采集圖像的特征點(diǎn)的一一匹配；所述圖像特征點(diǎn)指雙目立體視覺測量系統(tǒng)待恢復(fù)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)所述方法包括下列步驟: 利用自適應(yīng)閾值分割算法對圖像進(jìn)行二值分割，通過連通域提取算法獲取圖像中前景區(qū)域，其中含有非編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域； 計算二值圖像中每個前景區(qū)域的面積，設(shè)編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域最小區(qū)域面積閾值H、最大區(qū)域面積閾值72，利用面積濾波剔除面積小于Π及大于T2的區(qū)域，獲取待提取區(qū)域； 對每個待提取區(qū)域在原圖進(jìn)行局部亞像素邊緣提取，然后利用邊緣輪廓的閉合度及圓形度去除非橢圓輪廓； 橢圓輪廓點(diǎn)擬合橢圓，使用同心橢圓判定剔除待提取區(qū)域中非編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，得到的區(qū)域就為編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，其中同心橢圓中心點(diǎn)即為編碼標(biāo)記點(diǎn)定位中心點(diǎn)(&，&)，以定位中心作為中心點(diǎn)在原圖像中截取編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域圖像； 將截取編碼標(biāo)記 點(diǎn)區(qū)域圖像中橢圓仿射成圓，即得到待解碼圖像； 選取高閾值作為閾值二值化待解碼圖像，提取編碼標(biāo)記點(diǎn)編碼帶段區(qū)域骨架線，以中心定位圓環(huán)中心為圓心，以提取到的所有骨架線上的點(diǎn)到編碼標(biāo)記點(diǎn)定位中心的平均距離作為半徑做圓； 選取像素值由I到O的點(diǎn)作為解碼起點(diǎn),逆時針掃描圓上像素點(diǎn)像素值； 根據(jù)0，I數(shù)據(jù)段的長度與數(shù)據(jù)段的長度的比值確定10位二進(jìn)制編碼； 對10位二進(jìn)制的編碼進(jìn)行最小十進(jìn)制轉(zhuǎn)換； 利用左右攝像機(jī)采集圖像中的測量棒上具有相同編碼值的編碼標(biāo)記點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)左右攝像機(jī)所采集圖像的特征點(diǎn)的一一匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼算法，其特征在于，所述步驟I)中包括如下計算步驟: 記I為前景與背景的分割閾值，前景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為％ ,平均灰度為? ;背景點(diǎn)數(shù)占圖像比例為,平均灰度為A ; 設(shè)原始灰度圖像的像素點(diǎn)數(shù)為,有￡個灰度級，灰度級力I的像素點(diǎn)數(shù)為，那么
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼算法，其特征在于，所述步驟3)中包括如下計算步驟: 輪廓圓形度計算公式為:




4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼算法，其特征在于，所述步驟4)中包括如下計算步驟: 采用最小二乘橢圓擬合方法，使用橢圓擬合擬合待識別編碼標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域中心定位圓的輪廓，設(shè)橢圓方程為:

5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求3所述的基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼算法，其特征在于，步驟6)中的骨架提取算法的包括如下計算步驟: 利用偏微分方程理論進(jìn)行圖像分析的基本思想是:設(shè)1:R2 — R代表一幅灰度圖像，其中I(x，y)是像素點(diǎn)(x，y)處的灰度值；引入時間參數(shù)t，則圖像演化過程可以表示為
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于骨架提取的測量棒編碼標(biāo)記點(diǎn)解碼算法，其特征在于，步驟7)中，10位二進(jìn)制編碼解碼公式為:
【文檔編號】G06T7/00GK103530889SQ201310536817
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】耿磊, 肖志濤, 張芳, 吳駿, 劉文超, 崔寧 申請人:天津工業(yè)大學(xué)