[发明专利]一种基于彩色人工标识的相机位姿求解法

说明书

本发明提出了一种基于彩色人工标识的相机位姿求解法，首先创建预定义字典自动生成法以生成字典，根据所需标识的个数m与标识的阶数大小n，即可自动产生满足要求的字典；然后通过图像处理技术实现了人工标识的检测，将检测到的标识与字典中的标识进行匹配，即可完成标识的识别；最后根据人工标识提供的4组对应点，采用levenberg一marquardt算法对平面单应性矩阵进行求解，可获得相机位姿。本发明提出了预定义字典自动生成算法，提高了字典的容量，使人工标识的编码更加灵活，其使用场景也得以拓展。同时人工标识的纠错能力得到了提升。

技术领域

本发明属于人工识别技术领域，尤其涉及一种基于彩色人工标识的相机位姿求解法。

背景技术

位姿估计是计算机视觉领域的研究热点，在增强现实、机器人视觉导航、相机标定等领域发挥着重要的作用。根据位姿求解方式的不同，可分为基于硬件的位姿估计和基于视觉的位姿估计。基于硬件的位姿估计方法通过各种传感器如激光、红外、超声等，可对物体的位姿进行正确测量，但硬件成本高昂。基于视觉的位姿估计技术根据检测目标的不同，又可分为基于自然特征的位姿估计和基于人工标识的位姿估计。基于自然特征的位姿估计方法通过检测关键点或纹理来求解位姿，但自然特征检测困难，算法计算量大，效率较低，不适用于对实时性要求较高的应用场合。而人工标识的检测具有难度低、速度快、定位精度高等优点，使用人工标识可摆脱应用场景的限制，通过人工标识还可以实现与虚拟物体的实时交互。因此，设计出性能优异的人工标识具有很大的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于彩色人工标识的相机位姿求解法，提出了预定义字典自动生成法，字典的生成更加灵活方便，同时提高了字典的容量，其使用场景也得以拓展。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于彩色人工标识的相机位姿求解法，包括预定义字典自动生成法，具体包括以下步骤：

步骤S1：设计彩色人工标识；所述彩色人工标识包括(n+2)×(n+2)个单元格；所述彩色人工标识包括编码部分和包绕所述编码部分的外围部分；所述编码部分包括n×n个单元格；所述编码部分的单元格填充三种不同的颜色；所述三种颜色依次通过数字0、1、2进行表示；所述外围部分包括4个用于求解位姿的顶点；

步骤S2：创建一空字典，同时设置距离阀值的初始值、初始化无效迭代次数的计算变量为零、设置最大无效迭代次数；所述距离阀值为标识间距离的最大值；

步骤S3：判断所述字典中的人工彩色标识的数量；若数量小于预设值，则进行步骤S4；

步骤S4：从所述彩色人工标识包含的三进制数串构成的集合中，随机选择n个三进制数串而构成一个标识元素；若标识元素与字典中元素的距离大于距离阀值，则将所述标识元素添加至字典中，无效迭代次数的计算变量的值不变；否则，进行步骤S5；

步骤S5：舍弃该标识元素，无效迭代次数的计算变量的值自加，同时判断是否达到最大无效迭代次数；如是，则距离阀值自减，将无效迭代次数的计算变量重新初始化为零；判断结束后执行下一次迭代，执行步骤S3。

优选地，在步骤S4中，所述距离包括标识元素和字典中每个标识元素之间的汉明距离的最小值、同一标识元素4种旋转状态下，单元格间的汉明距离S(m_i)的最小值。

优选地，在步骤S4中，距离阀值的初始值满足以下公式：

优选地，在步骤S4中，数串在每次迭代中被选中的概率为：

优选地，在字典自动生成后，进一步包括彩色人工标识的检测，具体包括以下步骤：

步骤S6：获取彩色人工标识的边缘图像；