一种编码容量可变的编码标志的解码方法

1.本发明涉及计算机视觉中的视觉测量领域，具体为一种编码容量可变的编码标志的解码方法以及编码方法，适用于单目相机标定、传统双目相机标定、虚拟双目相机标定、立体匹配和三维测量等领域。


背景技术：

2.计算机视觉被广泛地应用于遥感、光学、测量学等诸多领域，而在视觉测量领域中，既可通过多个编码标志来实现相机标定，又可通过在被测物表面放置编码标志来实现物体的立体匹配、三维测量、点云拼接等。因此，对编码标志的设计与识别是视觉测量中的不可忽视的环节之一。
3.优良的编码标志是完成相机标定的前提，同时也影响着三维测量的精度，随着视觉测量技术的发展，同时也为了满足工业测量的需求，编码标志技术得以发展，目前出现的编码标志的类型大多为环形、扇形、圆形等，而这些编码标志在相机拍摄角度不同时，会出现图案变形等问题，进而影响相机标定的结果及测量的精度，此外其编码容量小，无法满足大尺寸物体的测量需求。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服现有编码标志的缺陷，提出了一种编码容量可变的编码标志的解码方法，能够给予编码标志中的每一个特征角点唯一的编码数，使得在多相机标定的过程中，即使拍摄局部编码标志依然能够完成高精度的同名角点匹配；另外该编码标志中的每个编码标志的编码容量可变，使得编码标志的编码数具有较大的范围，这样既适合一般尺寸又适合大尺寸的物体的三维测量及点云拼接；同时解码方法速度快、时效性高、鲁棒性好。
5.为实现上述效果，本发明采用的技术方案为：
6.提供了一种编码容量可变的编码标志的解码方法，包括以下步骤：
7.步骤1、利用相机拍摄空间中的n个编码标志，获得编码标志图像，其中n为正整数；
8.步骤2、对编码标志图像进行灰度处理得到编码标志灰度图像g1；
9.步骤3、利用角点提取算法获得编码标志灰度图像g1所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合a；
10.步骤4、对编码标志灰度图像g1进行二值化处理，获得编码标志二值化图像t1，并对编码标志二值化图像t1进行复制备份两份，获得编码标志二值化备份图像t1′
和t1″
；
11.步骤5、对编码标志二值化图像t1′
进行连通域标记，将白色连通域中像素个数小于ρ的区域置黑，ρ为正整数，获得无编码信息图像p1；
12.步骤6、利用四边形检测算法对无编码信息图像p1进行处理，获得无编码信息图像p1的所有编码标志的个数n及每个编码标志在像素坐标系下的近似特征角点亚像素坐标集合bq，q＝1，2，...，n；
13.步骤7、以所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合a与无编码信息图像p1的所有编码标志在像素坐标系下的近似角点集合bq为输入条件，利用候选角点筛选算法，获得编码标志灰度图像g1中n个编码标志中每个编码标志的特征角点，记每个编码标志的特征角点的亚像素坐标为其中ω为编码标志的编码数，τ为特征角点的顺序编号，τ＝1，2，3，4，记每个特征角点都具有唯一编码号为ω_τ；
14.步骤8、取整数变量k并赋值k＝1；
15.步骤9、以第k个编码标志的四个特征角点亚像素坐标为输入条件，对编码标志二值化备份图像t1″
进行数字图像处理，获得去除复杂背景图像rk；
16.步骤10、利用质心像素坐标提取算法，分别获得去除复杂背景图像rk中第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标编码容量变化储存圆的质心像素坐标a为正整数，及编码容量变化储存圆的个数chk，方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆质心像素坐标π为正整数，及内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆的个数cdk；
17.步骤11、以四个特征角点亚像素坐标为输入条件，利用特征角点顺序编号的计算方法获得第k个编码标志的四个特征角点的顺序编号τ，τ＝1，2，3，4；
18.步骤12、以第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数chk、利用编码标志编号的计算方法获得第k个编码标志的编码数ω，则得到第k个编码标志的四个特征角点的唯一编码号ω_τ；
19.步骤13、若k＜n，令k＝k+1，跳转步骤9顺序执行，否则获得编码标志的所有编码标志的特征角点的唯一编码号ω_τ和对应的亚像素坐标值。
20.进一步的，步骤9中，所述数字图像处理方法为：在编码标志二值化备份图像t1″
中，以四个特征角点为顶点作四边形，将四边形区域外的部分置白，获得去除复杂背景图像rk。
21.进一步的，步骤10中，所述质心像素坐标提取方法主要包括以下具体步骤：
22.步骤10.1、对去除复杂背景图像rk进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标
23.步骤10.2、将作为方向圆环的质心像素坐标
24.步骤10.3、将作为待选区域分割圆的质心像素坐标
25.步骤10.4、将待选区域分割圆的质心像素坐标作为输入条件，利用编码容量变化储存圆个数计算方法得到编码容量变化储存圆个数chk及编码容量变化储存圆的质心像素坐标则余下的白色连通域的质心像素坐标为区域分割圆的质心像素坐标
26.步骤10.5、对去除复杂背景图像rk中的方向圆环置黑，并将去除复杂背景图像rk进行颜色翻转，再进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标
27.步骤10.6、将作为定位圆的质心像素坐标记编码特征圆的个数为将至之间的质心像素坐标作为内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标
28.进一步的，步骤10.4中，所述编码容量变化储存圆个数计算方法如下：计算待选区域分割圆质心与定位圆质心的距离，将距离定位圆最近的三个质心坐标筛去，余下的质心像素坐标记为编码容量变化储存圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数为chk。
29.进一步的，步骤11中，所述特征角点顺序编号的计算方法主要包括以下具体步骤：
30.步骤11.1、在去除复杂背景图rk中找出距离方向圆环质心最远的两个特征角点记为距离方向圆环最近的两个特征角点记为
31.步骤11.2、通过公式(1)、(2)、(3)、(4)得到由方向圆环质心指向四个特征角点的四个角点编号判断向量
[0032][0033][0034]
[0035][0036]
步骤11.3、通过公式(5)、(6)可判断各个特征角点的顺序编号：
[0037][0038][0039]
若sinαk＜0，则若sinαk＞0，则＞0，则若sinβk＜0，则若sinβk＞0，则＞0，则
[0040]
进一步的，步骤12中，所述编码标志编号的计算方法主要包括以下具体步骤：
[0041]
步骤12.1、利用区域分割圆所在区域计算方法，获得第一区域分割圆的质心像素坐标第二区域分割圆的质心像素坐标第三区域分割圆的质心像素坐标
[0042]
步骤12.2、作由方向圆环质心指向第二区域分割圆质心的向量第三区域分割圆质心指向第一区域分割圆质心的向量定位圆质心指向内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心的向量
[0043]
步骤12.3、将内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标为输入条件，通过公式(7)、(8)可判断内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆所在矩形区域：
[0044][0045][0046]
若则编码特征圆所在矩形区域为第三或第四矩形区域，若则编码特征圆所在矩形区域为第一或第二矩形区域；
[0047]
若则编码特征圆所在矩形区域为第二或第三矩形区域，若则编码特征圆所在矩形区域为第一或第四矩形区域；则通过与即可判断编码特
征圆所在矩形区域；
[0048]
步骤12.4、通过步骤12.3可获得第一矩形区域编码特征圆第二矩形区域编码特征圆第三矩形区域编码特征圆第四矩形区域编码特征圆
[0049]
步骤12.5、由步骤12.4所获得所在矩形区域的编码特征圆，再通过公式(9)、(10)、(11)、(12)可判断编码特征圆所在编码区域：
[0050][0051][0052][0053][0054]
若cosε
π,τ
＞0，则所述编码特征圆为外编码区域编码特征圆，若cosε
π,τ
＜0，则所述编码特征圆为内编码区域编码特征圆，τ为编码特征圆所在编码区域，τ＝1，2，3，4；
[0055]
步骤12.6、通过公式(13)得到第k个编码标志的编码数ω；
[0056]
ω＝y
t
·
f+chk*256
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0057]
其中，列向量y＝(2
0 2
1 2
2 2
3 2
4 2
5 2
6 27)
t
；
[0058]
列向量
[0059]
表示第o矩形区域的内编码区域或外编码区域无编码特征圆，表示第o矩形区域的内编码区域或外编码区域有编码特征圆，o＝1，2，3，4，c＝1表示内编码区域，c＝2表示外编码区域。
[0060]
进一步的，步骤12.1中，所述的区域分割圆所在区域计算方法主要包括以下具体步骤：
[0061]
步骤12.1.1、作由方向圆环质心指向定位圆质心的向量方向圆环质心指向区域分割圆质心的向量
[0062]
步骤12.1.2、由公式(14)计算值，其值最大时对应的区域分割圆质心像素坐标记为为
[0063]
[0064]
筛去后，由公式(15)计算值：
[0065][0066]
若其对应的区域分割圆质心像素坐标为若其对应的区域分割圆质心像素坐标为
[0067]
还提供了一种用于所述的编码容量可变的编码标志的解码方法的编码标志，所述编码标志的四个顶点为特征角点，包括矩形轮廓的编码标志背景，所述编码标志背景上分别设置有编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元；
[0068]
所述定位单元用于判断编码单元具体位置信息，包括位于背景上的定位圆和位于定位圆外侧并与定位圆同心设置的定位圆环，所述定位圆环内设置有一个方向圆环和三个区域分割圆；
[0069]
所述编码单元用于为编码标志编码以及对编码标志背景的四个顶点进行唯一性命名，包括内编码区域和外编码区域，所述内编码区域包括位于定位圆和定位圆环之间的内编码区域闭合圆环、设置于内编码区域闭合圆环内的x个轮廓相同的内编码区域编码特征圆，所述外编码区域包括位于定位圆环外侧的外编码区域闭合圆环、设置于外编码区域闭合圆环内的y个轮廓相同的外编码区域编码特征圆，其中，x、y均为正整数；
[0070]
所述编码容量变化存储单元用于实现所述编码标志编码容量可变的功能，包括位于外编码区域闭合圆环外侧的k个编码容量变化储存圆，k为非负整数。
[0071]
进一步的，所述定位圆的圆心位于编码标志背景的中心处，所述定位圆、内编码区域闭合圆环、定位圆环和外编码区域闭合圆环的圆心重合，且由内而外依次毗邻衔接，两个毗邻区域的颜色具有明显差异，编码标志背景的颜色与编码容量变化储存圆的颜色具有明显差异，所述内编码区域编码特征圆的颜色根据显示状态与内编码区域闭合圆环的颜色相同或存在明显差异，所述外编码区域编码特征圆的颜色根据显示状态与外编码区域闭合圆环的颜色相同或存在明显差异。
[0072]
又提供了一种计算机可读存储介质，存储有与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现如权利要求1所述的解码方法。
[0073]
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
[0074]
1.本发明提出的编码容量可变的编码标志可在进行多相机标定过程中，即使仅拍摄到局部的编码标志，也可实现不同标定图像中同名角点的高精度匹配；
[0075]
2.本发明在每一个编码标志内均设置了编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元，能够实现在相机标定的过程中计算机可以自动判断靶标的旋转方向，提高了相机标定的灵活性与鲁棒性；
[0076]
3.本发明提出的编码容量可变的编码标志中的编码容量可通过增减编码容量变化储存圆的个数发生变化，编码范围大，针对尺寸较大的目标也能完成三维测量，点云拼接等；
[0077]
4.本发明提出的编码容量可变的编码标志的解码方法解码耗时短，解码准确度高，可实现实时解码。
附图说明
[0078]
图1为本发明的编码容量可变的编码标志示意图；
[0079]
图2为实施例中得到的编码标志灰度图像g1；
[0080]
图3为实施例中得到的编码标志的二值化图像t1；
[0081]
图4为实施例中得到的编码标志的无编码信息图像p1；
[0082]
图5为当k为1时得到的去除复杂背景图r1；
[0083]
图6为实施例中15个编码标志的特征角点全部解码效果展示图；
[0084]
图7为实施例中第1个编码标志中特征角点顺序编号的计算方法的示意图；
[0085]
图8为实施例中第1个编码标志中区域分割圆所在区域计算方法的示意图；
[0086]
图9为实施例中第1个编码标志中判断内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆所在矩形区域方法的示意图；
[0087]
图10为实施例中第1个编码标志中判断编码特征圆所在编码区域方法的示意图；
[0088]
图11为本发明所述解码方法的流程示意图。
具体实施方式
[0089]
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0090]
请参阅图1，一种编码容量可变的编码标志，包括矩形轮廓的编码标志背景，编码标志背景上分别设置有编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元。本实施例中，编码标志背景的长度和宽度均为40mm。
[0091]
定位单元用于判断编码单元具体位置信息，包括位于背景上的定位圆和位于定位圆外侧并与定位圆同心设置的定位圆环，定位圆环内设置有一个方向圆环和三个区域分割圆，且方向圆环圆心与定位圆的圆心连线平行于背景的某一边线。优选的，方向圆环和区域分割圆的圆心均匀分布在定位圆环的中线上，且方向圆环与区域分割圆之间、区域分割圆与区域分割圆之间均不重叠、不连通。本实施例中，定位圆直径为3mm，位于背景的中心处；定位圆环外圆圆周直径为23mm、内圆圆周直径为13mm，位于定位圆的外侧；方向圆环外圆圆周直径为2mm、内圆圆周直径为1mm，且位于定位圆的正下方，其圆心与定位圆的圆心连线为垂线；区域分割圆直径为2mm，且分别位于定位圆的正右侧、正上方和正左侧。因此，以定位圆的圆心为原点，定位圆的圆心与三个区域分割圆的圆心连线、定位圆的圆心与方向圆环的圆心的连线为坐标轴，可构成平面直角坐标系，并将编码标志划分为四个区域。
[0092]
编码单元用于为编码标志编码以及对编码标志背景的四个顶点进行唯一性命名，包括内编码区域和外编码区域。内编码区域包括位于定位圆和定位圆环之间的内编码区域闭合圆环、设置于内编码区域闭合圆环内的x(x为正整数)个轮廓相同的内编码区域编码特征圆。优选的，内编码区域编码特征圆的圆心均匀分布在内编码区域闭合圆环的中线上，且各个内编码区域编码特征圆之间不重叠、不连通。本实施例中，内编码区域闭合圆环也与定位圆同心设置，且内编码区域闭合圆环的内圆圆周与定位圆的圆周重合，内编码区域闭合圆环的外圆圆周与定位圆环的内圆圆周重合，即定位圆与定位圆环之间的封闭区域形成所述的内编码区域闭合圆环，因此内编码区域闭合圆环的内圆圆周直径为3mm，外圆圆周直径为13mm，如图2所示。内编码区域编码特征圆的数量为4个(即x＝4)，内编码区域编码特征圆
直径为2mm，且4个内编码区域编码特征圆中，任意两个相邻内编码区域编码特征圆的圆心分别与内编码区域闭合圆环的圆心连线形成的圆心夹角为360
°
/x＝90
°
。
[0093]
外编码区域包括位于定位圆环外侧的外编码区域闭合圆环、设置于外编码区域闭合圆环内的y(y为正整数)个轮廓相同的外编码区域编码特征圆。优选的，外编码区域编码特征圆的圆心均匀分布在外编码区域闭合圆环的中线上，且各个外编码区域编码特征圆之间不重叠、不连通。本实施例中，外编码区域闭合圆环也与定位圆同心设置，且外编码区域闭合圆环的内圆圆周与定位圆环的外圆圆周重合，即内编码区域闭合圆环与外编码区域闭合圆环之间的封闭区域形成所述定位圆环，因此，外编码区域闭合圆环内圆圆周直径为23mm，外圆圆周直径为33mm。形成如图1所示的定位圆、内编码区域闭合圆环、定位圆环和外编码区域闭合圆环的圆心重合，且由内而外依次毗邻衔接的编码标志。外编码区域编码特征圆的数量亦为4个(即y＝4)，外编码区域编码特征圆直径为2mm，且4个外编码区域编码特征圆中，任意两个相邻外编码区域编码特征圆的圆心分别与外编码区域闭合圆环的圆心连线形成的圆心夹角为360
°
/y＝90
°
。
[0094]
编码容量变化存储单元用于实现编码标志编码容量可变的功能，包括位于外编码区域闭合圆环外侧的k(k为非负整数)个编码容量变化储存圆。记各个编码容量变化储存圆的圆心分别为ei(i＝1，2,3
…
k)；将方向圆环圆心指向定位圆圆心的向量顺时针旋转指向的第一个编码标志矩形轮廓顶点(如图1中右上角对应的顶点)记为初始点p，逆时针旋转指向的第一个编码标志矩形轮廓顶点(如图1中左上角对应的顶点)记为终点q，各编码容量变化储存圆的圆心均匀分布且位于同一直线上，直线上起始编码容量变化储存圆从p点附近开始向q点排列，此直线垂直于方向圆环圆心与定位圆圆心连线、平行于初始点p和终点q之间连接形成的直线，且位于定位圆远离方向圆环的一侧(方向圆环位于定位圆的下方，因而各个编码容量变化储存圆位于定位圆的上方)，并位于外编码区域闭合圆环外圆圆周与编码标志矩形轮廓边界之间，相邻两个编码容量变化储存圆之间等距分布，且各个编码容量变化储存圆之间不重叠、不连通。本实施例中，编码容量变化储存圆直径为1.5mm，圆心距离所在编码标志矩形轮廓边界最近的两边距离均为2mm。
[0095]
如图1所示，本实施例中，编码标志背景的颜色为黑色，定位圆的颜色为黑色，内编码区域闭合圆环的颜色为白色，定位圆环的颜色为黑色，外编码区域闭合圆环的颜色为白色，因而可形成由内而外、黑白相间、界限分明的连续套环结构，毗邻区域形成明显颜色差异。区域分割圆和方向圆环的颜色均为白色，因而可与定位圆环的黑色形成明显颜色差异。编码容量变化储存圆为白色，可与编码标志背景的黑色形成明显颜色差异。内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆根据其在对应编号的编码标志上是否显示，可以为黑色或白色，即当内编码区域编码特征圆为白色时，因其颜色与内编码区域闭合圆环的颜色相同而表现为不显示状态，当内编码区域编码特征圆为黑色时，因其颜色与内编码区域闭合圆环的颜色的颜色具有明显差异而表现为显示状态；外编码区域编码特征圆的显示状态与内编码区域编码特征圆的显示状态方式类似。因而通过外编码区域编码特征圆和内编码区域编码特征圆不同显示状态的组合，以及编码容量变化储存圆数量的不同可形成不同的编码标志，且通过改变编码容量变化储存圆的数量，使得编码容量可变。
[0096]
下面以n取值为15为例，来详细阐述本发明的一种编码容量可变的编码标志的解码方法及其具体应用过程。
[0097]
请参阅图11，一种编码容量可变的编码标志的解码方法，包括以下步骤：
[0098]
步骤1、利用相机拍摄空间中的编码标志，获得编码标志图像，所得编码标志图像中含有15个上述的编码标志；
[0099]
步骤2、对编码标志图像进行灰度处理得到编码标志灰度图像g1，如图2所示；
[0100]
步骤3、利用shi-tomasi角点提取算法和cornersubpix方法获得编码标志灰度图像g1所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合a；
[0101]
步骤4、对编码标志灰度图像g1进行二值化处理，获得编码标志二值化图像t1，如图3所示，并对编码标志二值化图像t1进行复制备份两份，获得编码标志二值化备份图像t1′
和t1″
；
[0102]
步骤5、对编码标志二值化图像t1′
进行连通域标记，将白色连通域中像素个数小于20000的区域置黑，获得无编码信息图像p1，如图4所示；
[0103]
步骤6、利用四边形检测算法对无编码信息图像p1进行处理，获得无编码信息图像p1的所有编码标志的个数15及每个编码标志在像素坐标系下的近似特征角点亚像素坐标集合bq(q＝1，2，...，15)；
[0104]
步骤7、以步骤3中所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合a与步骤6中无编码信息图像p1的所有编码标志在像素坐标系下的近似角点集合bq为输入条件，利用候选角点筛选算法，获得编码标志灰度图像g1中15个编码标志中每个编码标志的特征角点。
[0105]
记每个编码标志的特征角点的亚像素坐标为其中ω为编码标志的编码数，τ为特征角点的顺序编号，τ＝1，2，3，4，记每个特征角点都具有唯一编码号为ω_τ。
[0106]
以下以相机拍摄的编码标志图像中位于右下角的编码标志为第1个编码标志为例，来详细描述其每个特征角点的唯一编码号的获得过程，该过程中四个特征角点的亚像素坐标值，以及每个编码标志中各个封闭连通区域的质心坐标值均由程序自动获得，且亚像素坐标值保留四位小数，质心坐标值仅保留整数部分、小数部分不考虑，计算误差均在可允许范围内。各坐标值的选取参考坐标以相机拍摄的编码标志图像的左上角为原点o，水平向右为x轴正方向、垂直向下为y轴正方向。为便于数字及符号的标记，编码标志中的黑色区域以灰色显示。
[0107]
步骤8、取整数变量k并赋值k＝1；
[0108]
步骤9、以第1个编码标志的四个特征角点(1444.8978，884.3851)、(1627.6036，883.5346)、(1628.5593，1070.9823)、(1446.7385，1073.5631)为输入条件，对编码标志二值化备份图像t1″
进行数字图像处理，获得去除复杂背景图像r1，如图5所示；本步骤中，所述数字图像处理方法为：在编码标志二值化备份图像t1″
中，以四个特征角点(1444.8978，884.3851)、(1627.6036，883.5346)、(1628.5593，1070.9823)、(1446.7385，1073.5631)为顶点作四边形，将四边形区域外的部分置白，获得去除复杂背景图像r1。
[0109]
步骤10、利用质心像素坐标提取算法，分别获得去除复杂背景图像r1中第1个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数为0，方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆质心像素
坐标内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆的个数为3；
[0110]
本步骤中，质心像素坐标提取方法主要包括以下具体步骤：
[0111]
步骤10.1、对去除复杂背景图像r1进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目为7、各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数(对应于单个白色连通区域的面积大小)进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标分别为：积大小)进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标分别为：
[0112]
其中，为方向圆环对应的质心坐标，为方向圆环对应的质心坐标，分别为三个区域分割圆对应的质心坐标，为内编码闭合区域闭合圆环对应的质心坐标，为外编码闭合区域闭合圆环对应的质心坐标，为去除复杂背景图像r1中白色背景连通区域对应的质心坐标。第1个编码标志在去除复杂背景图像r1中的显示状态如图6所示。
[0113]
步骤10.2、将作为方向圆环的质心像素坐标
[0114]
步骤10.3、将作为待选区域分割圆的质心像素坐标
[0115]
步骤10.4、将待选区域分割圆的质心像素坐标作为输入条件，利用编码容量变化储存圆个数计算方法得到编码容量变化储存圆个数为0，则余下的白色连通域的质心像素坐标为区域分割圆的质心像素坐标三个坐标分别为(1536，935)、(1577，977)、(1496，978)；
[0116]
本步骤中，编码容量变化储存圆个数计算方法如下：计算待选区域分割圆质心与定位圆质心的距离，将距离定位圆最近的三个质心坐标筛去，余下无质心像素坐标，则编码容量变化储存圆的个数为0；
[0117]
由于除复杂背景图像r1的主背景颜色为白色，单个编码标志中，定位圆、定位圆环、编码标志背景的颜色为确定的黑色，而定向圆环、区域分割圆(3个)、内编码区域闭合圆环和外编码区域闭合圆环的颜色为确定的白色，因而确定为白色的连通区域为7个；编码容量变化储存圆(若有)的颜色也为白色，内编码区域编码特征圆或外编码区域编码特征圆为白色时，则对应地融入内编码区域闭合圆环或外编码区域闭合圆环内而不显示，因而若获得白色连通域的数目为m，且m＝7，则编码容量变化储存圆的个数为0，若获得白色连通域的数目为m，且m＞7，则编码容量变化储存圆的个数为(m-7)。
[0118]
步骤10.5、对去除复杂背景图像r1中的方向圆环置黑，并将去除复杂背景图像r1进行颜色翻转，再进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目为6、各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通
域的质心像素坐标按像素个数(对应于单个白色连通区域的面积大小)进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标分别为：排序后的质心像素坐标分别为：其中，其中，为三个编码特征圆对应的质心坐标，为定位圆对应的质心坐标，为定位圆环对应的质心坐标，为编码标志矩形轮廓与外编码闭合区域闭合圆环外圆周之间区域所对应的质心坐标。第1个编码标志在去除复杂背景图像r1中反转颜色后的显示状态如图7所示。
[0119]
由于除复杂背景图像r1颜色翻转后，其主背景颜色为黑色，单个编码标志中，定位圆、定位圆环、编码标志背景的颜色为确定的白色，定向圆环、区域分割圆(3个)、内编码区域闭合圆环和外编码区域闭合圆环的颜色为确定的黑色，因而确定为白色的连通区域为3个；编码容量变化储存圆(若有)则显示为黑色，显示状态的内编码区域编码特征圆或外编码区域编码特征圆则为白色，因而若获得白色连通域的数目为m，且m＝3，则内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆的个数和为0，若获得白色连通域的数目为m，且m＞3，则内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆的个数和为(m-3)。
[0120]
步骤10.6、将作为定位圆的质心像素坐标记编码特征圆的个数为cd1＝3，将至之间的质心像素坐标作为内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标
[0121]
步骤11、以四个特征角点亚像素坐标(1444.8978，884.3851)、(1627.6036，883.5346)、(1628.5593，1070.9823)、(1446.7385，1073.5631)为输入条件，利用特征角点顺序编号的计算方法获得第1个编码标志的四个特征角点的顺序编号分别为：顺序编号的计算方法获得第1个编码标志的四个特征角点的顺序编号分别为：
[0122]
本步骤中，特征角点顺序编号的计算方法主要包括以下具体步骤：
[0123]
步骤11.1、在去除复杂背景图r1中找出距离方向圆环质心最远的两个特征角点记为距离方向圆环最近的两个特征角点记为
[0124]
步骤11.2、通过公式(1)、(2)、(3)、(4)得到由方向圆环质心指向四个特征角点的四个角点编号判断向量如图7所示；
[0125][0126][0127]
[0128][0129]
步骤11.3、通过公式(5)、(6)可判断各个特征角点的顺序编号：
[0130][0131][0132]
sinα1＜0，则sinβ1＞0，则
[0133]
步骤12、以第1个编码标志的定位圆的质心像素坐标3个区域分割圆的质心像素坐标方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数为0、利用编码标志编号的计算方法获得第1个编码标志的编码数为112，最后得到得到第1个编码标志的四个特征角点的唯一编码号及对应的亚像素坐标值分别为：
[0134]
本步骤中，编码标志编号的计算方法主要包括以下具体步骤：
[0135]
步骤12.1、利用区域分割圆所在区域计算方法，获得第一区域分割圆的质心像素坐标第二区域分割圆的质心像素坐标第三区域分割圆的质心像素坐标
[0136]
本步骤中，区域分割圆所在区域计算方法主要包括以下具体步骤：
[0137]
步骤12.1.1、作由方向圆环质心指向定位圆质心的向量方向圆环质心指向区域分割圆质心的向量如图8所示；
[0138]
步骤12.1.2、由公式(14)计算值：
[0139][0140]
则的值最大，因此对应的区域分割圆质心像素坐标重新记为剩余两个区域分割圆质心像素坐标则重新记为和
[0141]
筛去后，由公式(15)计算和值：
[0142][0143]
sinφ
11
＞0，其对应的区域分割圆质心像素坐标为若其对应的区域分割圆质心像素坐标为
[0144]
步骤12.2、作由方向圆环质心指向第二区域分割圆质心的向量第三区域分割圆质心指向第一区域分割圆质心的向量定位圆质心指向内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心的向量区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心的向量如图9所示；
[0145]
步骤12.3、将内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标为输入条件，通过公式(7)、(8)可判断内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆所在矩形区域：
[0146][0147][0148]
其中：则编码特征圆所在矩形区域为第一矩形区域；则编码特征圆所在矩形区域为第二矩形区域；所在矩形区域为第二矩形区域；则编码特征圆所在矩形区域为第三矩形区域；
[0149]
步骤12.4、通过步骤12.3可获得第一矩形区域编码特征圆第二矩形区域编码特征圆第三矩形区域编码特征圆
[0150]
步骤12.5、由步骤12.4所获得所在矩形区域的编码特征圆，再通过公式(9)、(10)、(11)、(12)可判断编码特征圆所在编码区域：
[0151][0152][0153][0154]
其中：cosε
π,1
＞0、cosε
π,2
＞0、cosε
π,3
＞0，则
均为外编码区域编码特征圆质心。如图10所示，位于外编码区域闭合圆环内，则之间的夹角为锐角若位于内编码区域闭合圆环内，如图中虚线圆圈所示位置，则和为图中虚线箭头所示的向量，二者之间的夹角则为钝角。
[0155]
步骤12.6、通过公式(13)得到第1个编码标志的编码数为112；
[0156]
ω＝y
t
·
f+chk*256＝y
t
·
f+0*256＝112
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0157]
其中，列向量y＝(2
0 2
1 2
2 2
3 2
4 2
5 2
6 27)
t
；
[0158]
列向量f＝(0 0 0 0 1 1 1 0)
t
。
[0159]
步骤13、由于此时k＝1，因而满足k＜n，令k＝k+1，跳转步骤9顺序执行，获得第2个至第15个编码标志的四个特征角点的唯一编码号及对应的亚像素坐标值。本实施例中相机拍摄空间中的15个编码标志的所有特征角点的解码结果如图7所示。
[0160]
此外，本发明提供的编码容量可变的编码标志的解码方法的编码方法，需要编制相应的计算机程序，并在计算机上执行程序以实现相应的运算处理及逻辑控制功能，因而本发明也提供一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行所述的编码方法。
[0161]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用相机拍摄空间中的n个编码标志，获得编码标志图像，其中n为正整数；步骤2、对编码标志图像进行灰度处理得到编码标志灰度图像g1；步骤3、利用角点提取算法获得编码标志灰度图像g1所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合a；步骤4、对编码标志灰度图像g1进行二值化处理，获得编码标志二值化图像t1，并对编码标志二值化图像t1进行复制备份两份，获得编码标志二值化备份图像t1′
和t1″
；步骤5、对编码标志二值化图像t1′
进行连通域标记，将白色连通域中像素个数小于ρ的区域置黑，ρ为正整数，获得无编码信息图像p1；步骤6、利用四边形检测算法对无编码信息图像p1进行处理，获得无编码信息图像p1的所有编码标志的个数n及每个编码标志在像素坐标系下的近似特征角点亚像素坐标集合b
q
，q＝1，2，...，n；步骤7、以所有候选角点在像素坐标系下的亚像素坐标集合a与无编码信息图像p1的所有编码标志在像素坐标系下的近似角点集合b
q
为输入条件，利用候选角点筛选算法，获得编码标志灰度图像g1中n个编码标志中每个编码标志的特征角点，记每个编码标志的特征角点的亚像素坐标为其中ω为编码标志的编码数，τ为特征角点的顺序编号，τ＝1，2，3，4，记每个特征角点都具有唯一编码号为ω_τ；步骤8、取整数变量k并赋值k＝1；步骤9、以第k个编码标志的四个特征角点亚像素坐标为输入条件，对编码标志二值化备份图像t1″
进行数字图像处理，获得去除复杂背景图像r
k
；步骤10、利用质心像素坐标提取算法，分别获得去除复杂背景图像r
k
中第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标μ＝1，2，3，编码容量变化储存圆的质心像素坐标a为正整数，及编码容量变化储存圆的个数ch
k
，方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆质心像素坐标π为正整数，及内编码区域编码特征圆和外编码区域编码特征圆的个数cd
k
；步骤11、以四个特征角点亚像素坐标为输入条件，利用特征角点顺序编号的计算方法获得第k个编码标志的四个特征角点的顺序编号τ，τ＝1，2，3，4；步骤12、以第k个编码标志的定位圆的质心像素坐标区域分割圆的质心像素坐标方向圆环的质心像素坐标内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数ch
k
、利用编码标志编号的计算方法获得第k个编码标志的编码数ω，则得到第k个编码标志的四个特征角点的唯一编码号ω_τ；步骤13、若k＜n，令k＝k+1，跳转步骤9顺序执行，否则获得编码标志的所有编码标志的
特征角点的唯一编码号ω_τ和对应的亚像素坐标值。2.据权利要求1所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤9中，所述数字图像处理方法为：在编码标志二值化备份图像t1″
中，以四个特征角点为顶点作四边形，将四边形区域外的部分置白，获得去除复杂背景图像r
k
。3.根据权利要求2所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤10中，所述质心像素坐标提取方法主要包括以下具体步骤：步骤10.1、对去除复杂背景图像r
k
进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标步骤10.2、将作为方向圆环的质心像素坐标步骤10.3、将作为待选区域分割圆的质心像素坐标步骤10.4、将待选区域分割圆的质心像素坐标作为输入条件，利用编码容量变化储存圆个数计算方法得到编码容量变化储存圆个数ch
k
及编码容量变化储存圆的质心像素坐标则余下的白色连通域的质心像素坐标为区域分割圆的质心像素坐标步骤10.5、对去除复杂背景图像r
k
中的方向圆环置黑，并将去除复杂背景图像r
k
进行颜色翻转，再进行白色连通域标记，获得白色连通域的数目各个白色连通域的质心像素坐标及各个白色连通域的像素个数，将各个白色连通域的质心像素坐标按像素个数进行升序排序，获得排序后的质心像素坐标步骤10.6、将作为定位圆的质心像素坐标记编码特征圆的个数为将至之间的质心像素坐标作为内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标4.根据权利要求3所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤10.4中，所述编码容量变化储存圆个数计算方法如下：计算待选区域分割圆质心与定位圆质心的距离，将距离定位圆最近的三个质心坐标筛去，余下的质心像素坐标记为编码容量变化储存圆质心像素坐标编码容量变化储存圆的个数为ch
k
。5.根据权利要求2所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤
11中，所述特征角点顺序编号的计算方法主要包括以下具体步骤：步骤11.1、在去除复杂背景图r
k
中找出距离方向圆环质心最远的两个特征角点记为距离方向圆环最近的两个特征角点记为步骤11.2、通过公式(1)、(2)、(3)、(4)得到由方向圆环质心指向四个特征角点的四个角点编号判断向量角点编号判断向量角点编号判断向量角点编号判断向量角点编号判断向量步骤11.3、通过公式(5)、(6)可判断各个特征角点的顺序编号：步骤11.3、通过公式(5)、(6)可判断各个特征角点的顺序编号：若sinα
k
＜0，则若sinα
k
＞0，则＞0，则若sinβ
k
＜0，则若sinβ
k
＞0，则＞0，则6.根据权利要求3所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤12中，所述编码标志编号的计算方法主要包括以下具体步骤：步骤12.1、利用区域分割圆所在区域计算方法，获得第一区域分割圆的质心像素坐标第二区域分割圆的质心像素坐标第三区域分割圆的质心像素坐标步骤12.2、作由方向圆环质心指向第二区域分割圆质心的向量第三区域分割圆质心指向第一区域分割圆质心的向量定位圆质心指向内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心的向量步骤12.3、将内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆质心像素坐标为输入条件，通过公式(7)、(8)可判断内编码区域编码特征圆及外编码区域编码特征圆所在矩形区域：
若则编码特征圆所在矩形区域为第三或第四矩形区域，若则编码特征圆所在矩形区域为第一或第二矩形区域；若则编码特征圆所在矩形区域为第二或第三矩形区域，若则编码特征圆所在矩形区域为第一或第四矩形区域；则通过与即可判断编码特征圆所在矩形区域；步骤12.4、通过步骤12.3可获得第一矩形区域编码特征圆第二矩形区域编码特征圆第三矩形区域编码特征圆第四矩形区域编码特征圆步骤12.5、由步骤12.4所获得所在矩形区域的编码特征圆，再通过公式(9)、(10)、(11)、(12)可判断编码特征圆所在编码区域：(11)、(12)可判断编码特征圆所在编码区域：(11)、(12)可判断编码特征圆所在编码区域：(11)、(12)可判断编码特征圆所在编码区域：若cosε
π,τ
＞0，则所述编码特征圆为外编码区域编码特征圆，若cosε
π,τ
＜0，则所述编码特征圆为内编码区域编码特征圆，τ为编码特征圆所在编码区域，τ＝1，2，3，4；步骤12.6、通过公式(13)得到第k个编码标志的编码数ω；ω＝y
t
·
f+ch
k
*256
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)其中，列向量y＝(2
0 2
1 2
2 2
3 2
4 2
5 2
6 27)
t
；列向量列向量表示第o矩形区域的内编码区域或外编码区域无编码特征圆，表示第o矩形区域的内编码区域或外编码区域有编码特征圆，o＝1，2，3，4，c＝1表示内编码区域，c＝2表示外编码区域。
7.根据权利要求6所述的一种编码容量可变的编码标志的解码方法，其特征在于：步骤12.1中，所述的区域分割圆所在区域计算方法主要包括以下具体步骤：步骤12.1.1、作由方向圆环质心指向定位圆质心的向量方向圆环质心指向区域分割圆质心的向量步骤12.1.2、由公式(14)计算值，其值最大时对应的区域分割圆质心像素坐标记为为为为筛去后，由公式(15)计算值：若其对应的区域分割圆质心像素坐标为若其对应的区域分割圆质心像素坐标为8.一种用于权利要求1至7任一项所述的编码容量可变的编码标志的解码方法的编码标志，其特征在于：所述编码标志的四个顶点为特征角点，包括矩形轮廓的编码标志背景，所述编码标志背景上分别设置有编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元；所述定位单元用于判断编码单元具体位置信息，包括位于背景上的定位圆和位于定位圆外侧并与定位圆同心设置的定位圆环，所述定位圆环内设置有一个方向圆环和三个区域分割圆；所述编码单元用于为编码标志编码以及对编码标志背景的四个顶点进行唯一性命名，包括内编码区域和外编码区域，所述内编码区域包括位于定位圆和定位圆环之间的内编码区域闭合圆环、设置于内编码区域闭合圆环内的x个轮廓相同的内编码区域编码特征圆，所述外编码区域包括位于定位圆环外侧的外编码区域闭合圆环、设置于外编码区域闭合圆环内的y个轮廓相同的外编码区域编码特征圆，其中，x、y均为正整数；所述编码容量变化存储单元用于实现所述编码标志编码容量可变的功能，包括位于外编码区域闭合圆环外侧的k个编码容量变化储存圆，k为非负整数。9.根据权利要求8所述的编码标志，其特征在于：所述定位圆的圆心位于编码标志背景的中心处，所述定位圆、内编码区域闭合圆环、定位圆环和外编码区域闭合圆环的圆心重合，且由内而外依次毗邻衔接，两个毗邻区域的颜色具有明显差异，编码标志背景的颜色与编码容量变化储存圆的颜色具有明显差异，所述内编码区域编码特征圆的颜色根据显示状态与内编码区域闭合圆环的颜色相同或存在明显差异，所述外编码区域编码特征圆的颜色根据显示状态与外编码区域闭合圆环的颜色相同或存在明显差异。10.一种计算机可读存储介质，存储有与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以实现如权利要求1所述的解码方法。

技术总结
本发明公开了一种编码容量可变的编码标志的解码方法，该编码容量可变的编码标志的四个顶点为特征角点，包括矩形轮廓的编码标志背景，编码标志背景上分别设置有编码单元、定位单元和编码容量变化储存单元，针对此标志本发明提出的解码方法首先依托数字图像处理技术高效精准的获得标志顶点的亚像素坐标；其次，本发明提出基于矢量变化的算法，以此为基础确定出各编码圆特征值，进而完成对标志以及标志顶点的唯一性编码。本发明提出的方法解码效率高，能够有效降低点云拼接、特征点匹配等应用场景的时间成本，除此之外，基于矢量变化的算法使解码方法具有更高的鲁棒性，能够有效促进相机标定、视觉测量等具有高精度需求领域的发展。展。展。


技术研发人员：朱华炳 周力炜 殷玉龙 陈勇 符宏伟 刘凯 陈淳
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/28