[发明专利]一种基于分层处理的亚像素中心提取方法

摘要

本发明一种基于分层处理的亚像素中心提取方法属于计算机视觉测量技术领域，涉及一种基于分层处理的亚像素中心提取方法。该方法采用分层处理，通过在不同分辨率图像中提取光条的特征信息，实现特征光条的高精度的亚像素中心提取。该方法首先通过对原图像的压缩，将高分辨率图像压缩为低分辨率图像，针对低分辨率图像提取光条的法向量；然后在高分辨率图像中，采用差分的方式计算高分辨率图像中光条的法向量。最后在光条法向量上采用灰度重心法计算光条中心，实现光条的亚像素中心的提取，并通过标准光条的重建验证了该提取方法的有效性。该方法测量精度高，运算速度快，计算时间短，实现了光条的亚像素提取，可满足光条中心的高精度快速提取。

主权项

一种基于分层处理的亚像素中心提取方法，其特征是，该方法采用分层处理，通过在不同分辨率图像中提取光条的特征信息，实现特征光条的高精度的亚像素中心提取；首先通过对原图像的压缩，将高分辨率图像压缩为低分辨率图像，针对低分辨率图像提取光条的法向量；再在高分辨率图像中，采用差分的方式计算高分辨率图像中光条的法向量；最后，在光条法向量上采用灰度重心法计算光条中心，实现光条的亚像素中心的提取，并通过标准光条的重建验证了该提取方法的有效性；方法具体步骤如下：第一步 低分辨图像中的光条法向量提取1)低分辨率图像压缩方法对于双目相机采集的特征光条图像，其分辨率为m×n，按照压缩比例因子τ， 定义τ为4的整数倍，即τ＝4s，其中s为正整数，将图像进行压缩，即将图像中τ×τ个像素进行灰度的累加，然后求平均灰度，压缩为一个像素；其计算准则如下：其中，Ici,j为压缩图像的第i行、j列的像素灰度值，Iτ(i‑1)+δ,τ(j‑1)+σ为在高分辨图像中第τ(i‑1)+δ行、τ(j‑1)+σ列的像素灰度值，σ和δ分别是计算系数，m和n分别是高分辨率图像的行列数；2)低分辨率图像中的光条中心提取将低分辨率图像进行滤波处理，然后采用Sobel边缘检测算子提取光条边界，计算方法如下：其中，g(i,j)为图像坐标为(i,j)的Sobel边缘检测算子，dx和dy分别为计算的卷积模板；根据所提取的光条边界图像，搜寻低分辨率图像中光条在每行中的光条边界，采用几何中心法计算光条的中心坐标：其中，分别为图像第i行左、右边界像素坐标；当像素坐标为非整数时，对像素坐标进行求整，其几何中心的像素坐标为3)低分辨率图像中光条中心法矢量的计算选取光条几何中心的前后w行的中心进行曲线拟合，每次拟合的点数至少为四个点，其选取的光条几何中心数列为：{Pk|k＝i‑w,i‑w+1,…,i‑1,i,i+1,…,i+w‑1,i+w；k≥1；w≥3}  (4)其中i为低分辨率图像的行数；因为局部曲线较小，采用二次曲线进行拟合，其拟合公式为：fi(x)＝aix2+bix+ci  (5)其中，ai、bi、ci分别为第i行中心拟合曲线的拟合系数，根据拟合曲线通过偏导数的求解，计算第i行中心的法向量其中，为fi(x)在位置时的相对于x的偏导数，即为该点的法向量，根据法向量求解公式计算出在低分辨率图像中的每个几何中心的法向方向；第二步高分辨率图像中的光条中心亚像素提取1)光条中心粗定位对高分辨图像进行滤波处理，按照低分辨率图像中边界提取算法，即公式(1)提取高分辨率中的光条边界，根据第二步中几何中心的计算方法，在光条宽度上计算光条第i行的几何中心，其计算公式如下：其中，分别为图像第i行左、右边界像素坐标；当像素坐标为非整数时，对像素坐标进行求整，其几何中心的像素坐标为2)高分辨图像中的法矢量计算将低分辨率图像求解的光条中心的法向量还原到高分辨图像的光条中，低分辨率图像的一行像素代表高分辨率图像的τ行像素，定义低分辨率中每行中心的光条法向量为高分辨率图像中τ/2行光条的法向量，即其中qτ(i‑1)+(τ+1)/2为在高分辨图像中τ(i‑1)+(τ+1)/2行位置的法向量，根据前后两个光条法向量，通过差值计算高分辨率图像中中间行的法向量，计算公式如下：3)灰度重心法精提取光条中心沿每行光条中心的法向量搜索光条，在光条法向宽度上计算光条的灰度重心，计算方法如下：其中，为第e个光条灰度第λ行重心坐标，为第e个光条第λ行第o列灰度值，第三步 光条提取精度的验证通过重建光条信息，计算标准圆柱件的重建精度验证光条的提取精度；首先基于极限约束对左右高分辨图像提取的灰度重心进行匹配，计算方法如下：其中，xe'＝(ue',ve')为左相机的灰度重心坐标；xe′′＝(ue′′,ve′′)为与xe'相匹配右图像重心坐标；F为通过八点法计算的两相机之间的基本矩阵；若左右图像中两点满足公式(11)，则左右图像中的重心点为匹配点；将左右图像匹配上的中间点进行三维重建，通过三维重建点拟合标准圆柱件直径Rf，计算拟合直径Rf与标准直径R评价重建精度η，计算公式如下：从而验证了该提取方法的有效性。