[发明专利]一种基于可编码视觉合作目标的多舵翼动态摆角测量方法

权利要求书

1.一种基于可编码视觉合作目标的多舵翼动态摆角测量方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤1：准备系统，所述系统至少包括视觉合作目标和相机，其中视觉合作目标是可编码的，放置在舵翼上用于标记和精确识别舵翼位置，相机用于采集视觉合作目标的图像信息；

步骤2：调整相机位置以保证采集的图像中的舵翼图像清晰完整，同时对相机采用张正友标定法进行标定，将相机的畸变进行矫正，获得相机的内外参数和畸变向量；

步骤3：利用相机获取视频图像并将获得的图像传送至上位机，对视频中的每一帧进行图像预处理，所述预处理包括采用高斯滤波去除图像的随机噪声，使用颜色进行杂余背景的滤除，使用迭代的Otsu方法进行二值化处理，使用形态学方法进行连通域的查找及滤除；

步骤4：对步骤3中已经处理过的图像进行特征提取，包括：基于概率Hough直线提取的线特征提取，基于中心灰度法的连通域中心点提取，以及基于Hough圆的圆形的识别与面积计算；

步骤5：使用步骤4中提取出的圆特征，进行多舵翼匹配，将图像获得的各个特征信息与现实中的真实舵翼位置匹配起来；

步骤6：根据步骤5中成对的特征信息，进行舵翼摆角方向的测量以及摆角的测算，并对由异面产生的光轴不正进行矫正；

步骤7：使用步骤6中产生的数据，实时绘制记录，并进行误差分析与对比测试，

其中所述系统还包括云台和可升降载物台，云台用于精确调整相机与舵翼的位置，可升降载物台用于承载测量设备，步骤2中相机位置的调整包括调整载物台的高度与云台，使相机采用图像中央对准舵翼并保证舵翼图像清晰完整，

其中，所述步骤3进一步包括：

步骤31：使用标准差为1，窗口大小为5X5的高斯滤波模板进行随机噪声的滤除，其中模板生成函数为：

步骤32：将采集得到的原始彩色图像从RGB色彩空间转换成HSV色彩空间，并遍历图像，计算并保留其中符合选定合作目标真实颜色的像素点；

步骤33：使用改进的Otsu方法进行图像二值化，使舵翼上的视觉合作目标完整清晰的分割出来，获得只有0和1的二值图；

步骤34：使用形态学方法进行连通域ROI区域的提取，并且计算每一个连通域的面积Si，其中i＝1：n，用面积大小对连通域进行筛选，使用快速排序算法按大小进行排序，并选出所需的连通域的标记，获得最终的ROI，

其中，所述步骤4进一步包括：

步骤41：使用概率Hough直线提取步骤3中获得的线特征，设置最短步长与最短直线长度为贪婪的，将获得的大量直线按长度进行筛选，并且使用空间欧式距离，对相近和重复的直线进行剔除，最终获得8条完整的视觉合作目标边缘直线；

步骤42：使用基于中心灰度法的连通域中心点提取，初始0位置的各视觉合作目标提取出的中心点作为摆角计算的初始参考点；

步骤43：使用Hough圆算法进行圆特征的提取，并且计算出视觉合作目标上的对应的圆形面积大小，按照已有编码方式进行解码，实现图像中舵翼与真实舵翼的一一对应，实现多舵翼检测的前提；

步骤44：按照各个特征的欧式空间距离，取自适应阈值，将各自的特征与真实的舵翼一一对应，形成四组特征数据，包括其编码、边缘直线的端点信息、角点信息以及面积信息，

其中，所述步骤5进一步包括：

步骤51：设计视觉合作目标中圆形的面积大小作为编码信息，大圆直径为小圆2倍，将大圆信息编码为1，小圆编码为0；

步骤52：以步骤43中获得的圆形的圆心和半径数据作为计算基础，按照A＝Πr²计算出各组数据中圆形面积；

步骤53：将圆形面积按照大小排序，大圆面积与小圆面积之间有明显的差距，基于此统计出每组数据中的大圆个数即为A_i，i∈{1，2，3，4}；

步骤54：按照大圆个数，解算舵机对应编码信息，即为1000，1100，1110，1111，对应的舵机编号为1，2，3，4。

2.如权利要求1所述的基于可编码视觉合作目标的多舵翼动态摆角测量方法，其特征在于，所述步骤6进一步包括：

步骤6：根据步骤5中成对的特征信息，进行舵翼摆角方向的测量以及摆角的测算，解算方法为根据现实中视觉合作目标的大小尺寸和图像中视觉合作目标的大小尺寸，解算出像素点对应的实际物理大小，然后通过以下公式，求出舵机摆动前后的横向距离d，即可结算处舵翼摆动大小及其方向

其中θ为摆角大小，R为摆角转轴的大小，摆角的方向由舵机的摆动方向可知，L_true为现实中合作目标的大小，L_picture为图像中合作目标大小尺寸。