[发明专利]组合式标记点及标记点中心的快速提取方法

摘要

发明组合式标记点及标记点中心的快速提取方法属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种适用于复杂曲面的组合式标记点和自动快速准确的标记点提取方法。采用粗提取和精提取两步法对标记点中心坐标进行提取。组合式标记点其形状是将圆型标记点与黑白棋盘格标记组合成组合式标记点，在大圆图形中去掉与大圆图形同心的上部扇形圆和下部扇形圆使圆心部分形成黑白棋盘格交叉角点。本发明的标记点形状克服了在传统标记点提取过程中速度与精度不能兼得的难题，同时所发明的提取方法在标记点产生严重变形的情况下也能保证其精确提取。

主权项

1.一种标记点中心的快速提取方法，其特征是，其提取方法是由粗提取和精提取组成的两步式提取方法，其中粗提取可以使用对称性的重心提取法或圆形轮廓的椭圆拟合法，精提取为基于HARRIS的提取法，提取方法中采用的组合式标记点的形状是在大圆图形（1）中去掉与大圆图形（1）同心的上部扇形圆（2）和下部扇形圆（3）使圆心部分形成黑白棋盘格交叉角点；组合式标志点快速提取的具体步骤如下：（1）组合标记点中心粗提取1）应用组合标记点对称性的粗提取方法应用灰度重心法求取目标标记点的公式如下：u‾=Σu,v∈Ωu×f(u,v)Σu,v∈Ωf(u,v)---(1)]]>v‾=Σu,v∈Ωv×f(u,v)Σu,v∈Ωf(u,v)---(2)]]>其中：f(u,v)是坐标为(u,v)的像素点的灰度值，Ω是目标区域集合，是区域中心坐标，即为HARRIS提取中心提供搜索范围的中心；2）应用组合标记点圆形轮廓的粗提取方法采用椭圆拟合法，首先通过边缘提取算法对标志图案的边缘进行提取，标志图案的边缘被提取后，按椭圆方程（3）对所得边缘点进行拟合，式3中a，b，c，d，e，f为椭圆参数，(x,y)为提取算法提取的标记点圆形轮廓边缘坐标，椭圆方程F(x,y)其表达如下：F(x,y)＝ax²+bxy+cy²+dx+ey+f＝0             (3)将椭圆内各点坐标(x_i,y_i)值代入上述方程，则F(x_i,y_i)不等于0时，其值视为点(x_i,y_i)到椭圆的代数距离，因此以各点到椭圆的代数距离和最小为目标函数对椭圆的各系数进行求解，其目标函数为f(x_i,y_i)，则拟合所得的椭圆中心即为标志图案的中心坐标，即认为目标函数f(x_i,y_i)为最小值时的(x_i,y_i)为椭圆的中心；f(xi,yi)=minΣi=1N||F(xi,yi)||---(4)]]>其中N表示椭圆边缘点的数量，表示所有边缘点的代数距离和。（1）基于Harris提取方法的组合标记点中心精提取1）Harris角点像素级角点提取为了减小Harris角点提取方法的提取时间，将角点的搜索范围规定为粗提取中心坐标的附近区域，Harris角点提取方法主要步骤如下，首先求解粗提取中心坐标的附近区域M矩阵：M=Σx,yw(x,y)Ix2IxIyIxIyIy2=w(x,y)⊗Ix2IxIyIxIyIy2---(5)]]>M矩阵近似为Hessian矩阵，Hessian矩阵是一个多元实函数的二阶偏导；求解Harris角点探测器的值R的方法如下：R＝detM-k(traceM)²               (6)detM为矩阵M的行列式，traceM为矩阵M的迹，k按经验值选，此处取为0.04，即满足R最小的点为Harris提取的像素级角点。2）HARRIS角点亚像素级角点提取对于黑白棋盘格图像，角点附近的点分为在黑白分界上的点和不在分界线上的点；由于角点附近点的灰度梯度均垂直于该点和角点的连线，所以有式（5）：▿HiT·(α→-β→)=0---(7)]]>其中，为第i个点的灰度梯度向量，为图像中心指向角点的向量，为图像中心指向角点附近点的向量。式（5）是一个理论公式，在实际情况下，会存在噪声，使得公式不恒等与0，会带入微小误差θ；即：▿HiT·(α→-β→)=θ---(8)]]>将角点附近的点带入（6）式计算，并相加得到误差和SS=Σθ=▿HiT·(α→-β→)---(9)]]>故求解角点就转化为求解使误差和最小的点的问题，利用HARRIS角点像素级提取得到的角点坐标作为初值，使用迭代算法对该问题进行优化得到其更精确的坐标位置。