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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