基于編碼技術(shù)的測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)研究

陳貝+劉鴻+李娟妮

摘 要 在近景測(cè)量中，為了通過(guò)圖像處理、數(shù)據(jù)處理的方法獲取運(yùn)動(dòng)物體的軌跡與姿態(tài)，就需要在運(yùn)動(dòng)物體上增加標(biāo)志點(diǎn)。在后期的圖像處理和數(shù)據(jù)處理過(guò)程中需要對(duì)標(biāo)志點(diǎn)先進(jìn)行判讀，而標(biāo)志點(diǎn)一般都是人工識(shí)別，或人工輔助識(shí)別。不能完全智能化的原因是計(jì)算機(jī)對(duì)圖像中的標(biāo)志點(diǎn)不能完全區(qū)分。本文設(shè)計(jì)了一種基于編碼點(diǎn)測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)，解決了以上的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 編碼技術(shù)；測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)；近景測(cè)量；識(shí)別

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0038-02

1 研究背景

在近景測(cè)量中，為了通過(guò)圖像處理、數(shù)據(jù)處理的方法獲取運(yùn)動(dòng)物體的軌跡與姿態(tài)，就需要在運(yùn)動(dòng)物體上增加標(biāo)志點(diǎn)。這些標(biāo)志的數(shù)量通過(guò)要多于6個(gè)，并且不共面。在后期處理中，采用的方法是先將這些標(biāo)志的像素值獲取出來(lái)，再通過(guò)數(shù)據(jù)處理的方法，將像素點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫奈矬w運(yùn)動(dòng)的軌跡與姿態(tài)。

在傳統(tǒng)的圖像處理中，對(duì)標(biāo)志點(diǎn)的識(shí)別，一般是人工單點(diǎn)判讀、或在人工的干預(yù)下完成半自動(dòng)的識(shí)別。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的運(yùn)用中，圖像中的標(biāo)志點(diǎn)都采用的一樣的，計(jì)算機(jī)不能完全將它們區(qū)分開(kāi)來(lái)，所以只能進(jìn)行人工的干預(yù)，這樣就造成了自動(dòng)化程度不高，增加了人工成本，降低了效率。

2 傳統(tǒng)的標(biāo)志點(diǎn)模型

圖1 傳統(tǒng)的標(biāo)志點(diǎn)

傳統(tǒng)的標(biāo)志點(diǎn)模型比較簡(jiǎn)單，圖1中展示了兩種的標(biāo)志點(diǎn)的示意圖，左圖為四象限標(biāo)，右圖圖原點(diǎn)標(biāo)，它們都易于制作、并容易噴涂到被測(cè)的物體上。但除了標(biāo)志本身、它們不具備任何身份信息。

3 編碼標(biāo)志點(diǎn)

圖2 編碼標(biāo)志點(diǎn)

如圖2所示，這是10位編碼標(biāo)志點(diǎn)一種示例。這種編碼點(diǎn)有兩個(gè)部分組成，一個(gè)中心圓，和一個(gè)外環(huán)，中心圓的圓心為標(biāo)志點(diǎn)中心，圓心的識(shí)別通過(guò)圖像識(shí)別判定圓，由于攝影成像的效果，通常是一個(gè)橢圓，再通過(guò)計(jì)算得出橢圓的圓心，這樣判讀精度通?？梢赃_(dá)到亞像素級(jí)別。圓環(huán)的作用是賦予圓的身份信息，使用在滿幅畫(huà)面當(dāng)中，一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)只有一個(gè)，在工程中1般將圓環(huán)分成12份（每份30度）和10份（每份36度）兩種模式，這兩種模式就是通常所使用的12位和10位編碼編制點(diǎn)。

現(xiàn)在以12位編碼標(biāo)志點(diǎn)為例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，上面提到12位編碼標(biāo)志點(diǎn)在編碼時(shí)就是將圓環(huán)分成12等份，每份30度，暫且將它命名為單位環(huán)段，圓環(huán)的內(nèi)徑和外徑可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的拍攝條件進(jìn)行設(shè)置，而每個(gè)單位環(huán)段可以在圖像上用兩種對(duì)比差大的顏色來(lái)標(biāo)注，通常選用白色和黑色，這樣每個(gè)單位環(huán)段就具有了兩種狀態(tài)，12個(gè)單位環(huán)段就有了4096（212）種狀態(tài)，但在工程運(yùn)用中，結(jié)合解碼工作就不能編制這么多種狀態(tài)了，因?yàn)樵趯?shí)際工作中在被測(cè)物體和測(cè)量輔助物體點(diǎn)在貼標(biāo)識(shí)時(shí)不能完全夠做到完全的在攝像機(jī)視場(chǎng)中處于正直狀態(tài)，這將使得計(jì)算機(jī)無(wú)法判定哪一個(gè)單位環(huán)段是第一個(gè)，針對(duì)此情況，在編碼點(diǎn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要將它考慮進(jìn)去，因此必須犧牲一定的單位環(huán)段作為編碼標(biāo)志點(diǎn)的編碼頭，在這里通過(guò)實(shí)際運(yùn)用，決定采用5個(gè)單位環(huán)段作為編碼標(biāo)志點(diǎn)的編碼頭，7個(gè)單位環(huán)段作為編碼標(biāo)志點(diǎn)編碼狀態(tài)位，編碼頭是的設(shè)置方式有很多種，這里采用“11110”，即“黑黑黑黑白”來(lái)表示，在解碼過(guò)程中，首先檢測(cè)圖像中的橢圓，當(dāng)檢測(cè)到橢圓后，變根據(jù)編碼時(shí)設(shè)定環(huán)形的內(nèi)徑和外徑檢測(cè)環(huán)形，接著從環(huán)形的12點(diǎn)方向順時(shí)針開(kāi)始搜索，當(dāng)搜索到“11110”時(shí)就認(rèn)為是找到編碼標(biāo)志點(diǎn)的編碼頭了，接著就對(duì)剩下的7個(gè)環(huán)段進(jìn)行搜索，將搜索到的7個(gè)單位環(huán)段進(jìn)行解碼就可以得到編碼點(diǎn)的編碼信息了，當(dāng)然在7個(gè)單位環(huán)段中也有可能遇見(jiàn)“11110”，比如“00 《11110》”，“01《11110》”，這種情況在標(biāo)志點(diǎn)貼歪的情況下會(huì)使計(jì)算機(jī)誤判標(biāo)志信息，穩(wěn)妥的做法就是將這類標(biāo)志點(diǎn)從設(shè)計(jì)時(shí)就剔除，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，這樣的標(biāo)志點(diǎn)共有12種，因此這種編碼方式的最終為116（27-12）種，而在近景攝影測(cè)量116種編碼標(biāo)志點(diǎn)已經(jīng)是足夠使用了。

4 編碼點(diǎn)的生成

為了能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)解碼，便需要按照一定的規(guī)則來(lái)在生成編碼點(diǎn)。首先是編碼標(biāo)志點(diǎn)的內(nèi)圓的半徑，為了使得計(jì)算機(jī)能過(guò)識(shí)別，并且能使圓心能過(guò)到達(dá)亞像素值，需要將將圓在圖片中成像越大越好，而為了在整個(gè)圖像中布設(shè)多個(gè)編碼標(biāo)志點(diǎn)，也需要將單個(gè)標(biāo)志點(diǎn)在圖片中占用的像素少，在這種情況下，需要選擇一個(gè)合適內(nèi)圓半徑標(biāo)志點(diǎn)，在通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)中，決定選用在像機(jī)中內(nèi)圓直徑成像10像素的編碼標(biāo)志點(diǎn)，有了這一原則，在設(shè)計(jì)編碼標(biāo)志點(diǎn)的時(shí)候，就根據(jù)像機(jī)的分辨率（滿幅像素?cái)?shù)）、像機(jī)到被測(cè)物體的距離以及所選用鏡頭的拍攝角來(lái)確定編碼標(biāo)志點(diǎn)的內(nèi)圓直徑，比如某像機(jī)的分辨率為1024*1024，像機(jī)距離被測(cè)物的距離為1米，鏡頭的拍攝角為60度，那么編碼標(biāo)志的合適的內(nèi)圓直徑為1*tg30°*（10/1024）即0.0056米。

圖3 編碼生成器

有了編碼標(biāo)志點(diǎn)的內(nèi)圓直徑，便可以設(shè)計(jì)外環(huán)的內(nèi)徑和外徑了，外環(huán)的內(nèi)徑和外徑需要考慮的有兩點(diǎn)，第一點(diǎn)需要考慮的是解碼的需要，解碼需要圓環(huán)有一定的內(nèi)外徑差，擁有了一定的內(nèi)外徑差才能使得計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別圓環(huán)；第二點(diǎn)是編碼點(diǎn)外環(huán)的設(shè)計(jì)也要考慮美觀效果，把科學(xué)技術(shù)當(dāng)成藝術(shù)作品也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。通?？梢詫⑼猸h(huán)的內(nèi)徑和外徑設(shè)置為中心圓半徑的3倍、4倍，即3r、4r。經(jīng)過(guò)不斷的探索研究，已經(jīng)將這種編碼標(biāo)志點(diǎn)的方便的用軟件生成，軟件界面見(jiàn)圖3，并且可以根據(jù)運(yùn)用環(huán)境的變化，可以設(shè)置編碼頭的標(biāo)識(shí)、編碼點(diǎn)的號(hào)碼，內(nèi)圓的直徑，外環(huán)的內(nèi)外徑等重要參數(shù)。

5 外場(chǎng)運(yùn)用及效果

基于編碼技術(shù)的測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)目前已經(jīng)成功應(yīng)用到多個(gè)課題中，從目前來(lái)看，這種技術(shù)大大增加了攝影測(cè)量的自動(dòng)化程度，應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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