专利名称：一种标识块及基于该标识块的目标定位方法
技术领域：
本发明涉及计算机行业视觉信息处理领域，特别是一种标识块及基于该标识块的目标定位方法。
背景技术：
在单目视觉的目标识别与定位技术中，基于标识块的识别和定位有着较为广泛的应用。目前，对标识块的识别大多是通过提取颜色特征、纹理特征、形状特征以及综合多种特征的方式进行的。在识别的基础上，利用关于标识块尺寸和位姿的先验知识和其在图像中的信息，通过基于投影几何原理可以计算标识块相对与视觉传感器的空间位置。但是， 目前的基于标识块的目标识别中，形状设置不尽理想，算法复杂度较高，环境适应性有待提高，难以达到快速、准确定位的要求。发明内容
(一)要解决的技术问题
为了增强视觉识别与定位系统的环境适应能力，提高定位的精度，本发明提供了一种标识块及基于该标识块的目标定位方法。
( 二 )技术方案
根据本发明的一个方面，提出了一种标识块。该标识块包括圆形外环，具有第一饱和色，该圆形外环围成标识块的中心区域；N条放射辐条，具有不同于第一饱和色的第二饱和色，该N条放射辐条设置于标识块中心区域内，以中心对称的方式分布在标识块中心点周围，且靠近中心的部分由外向内逐渐变细。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于上述标识块的目标定位方法。该方法包括将标识块放置于目标上；使用视觉传感器采集包含标识块的图像；对于图像中的每一个点，基于标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称、标识块中心点四周颜色差值特征、标识块中心区域辐条数特征以及标识块外环内边沿颜色跳变特征进行逐个特征的判断，如果该点不满足上述全部特征中的一个特征，则去除该点，判断图像中的下一个点；如果该点满足上全部特征，则把该点存入表征标识块中心点的结果点集中；求取结果点集中各点坐标的平均值，即得到标识块中心点的坐标，完成对标识块的识别，进而实现对目标的识别；获取识别到的标识块外环内径长度，其中，标识块的圆形外环在图像中体现为一个偏心率随视角变化而变化的椭圆，该椭圆长轴以像素为单位的长度作为标识块外环内径的长度，进而结合标识块中心点的图像坐标，计算出标识块中心点相对于视觉传感器的空间位置，实现目标定位。
(三)有益效果
本发明标识块及基于该标识块的目标定位方法，以图像区域间颜色差值以及形状作为主要识别特征，不需要对图像进行预处理，计算量较小，实时性好，环境适用性较强，定位较精确。
图1是本发明标识块的示意图2是本发明实施例中使用的一种标识块示意图3是本发明实施例目标定位方法中标识块中心区域第一图像模板；
图4是本发明实施例目标定位方法中标识块中心区域第二图像模板；
图5(a)为本发明实施例目标定位方法中视觉传感器采集到的图像，以及对配备图2所示标识块的目标识别结果(用圆圈圈出)；
图5(b)为图5(a)所述图像中满足标识块中心点颜色特征的像素点；
图5(c)为图5(a)所述图像中同时满足标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征的像素点；
图5(d)为图5(a)所述图像中同时满足标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称特征的像素点；
图5(e)为图5(a)所述图像中同时满足标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称特征、标识块中心点四周颜色差值特征的像素点；
图5(f)为图5(a)所述图像中同时满足标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称特征、标识块中心点四周颜色差值特征、标识块中心区域辐条数特征的像素点；
图5(g)为图5(a)所述图像中同时满足标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称特征、标识块中心点四周颜色差值特征、标识块中心区域辐条数特征、标识块外环内边沿颜色跳变特征的像素点；
图6是本发明实施例目标定位方法对一运动目标的定位结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于所述值。
本发明提供了一种标识块及基于该标识块的目标定位方法，目标上放置有预先设定的标识块，通过对标识块的识别与定位完成目标的识别与定位。
所设计标识块如图1所示，包括第一饱和色的圆形外环、圆形外环围成的标识块中心区域，标识块中心区域内有N条放射辐条第一放射辐条，第二放射辐条，……，第N放射辐条，除N条放射辐条之外的区域为纯白色，当然也可以为其他与圆形外环和放射辐条产生强烈颜色对比的其他颜色，其中，N为偶数，一般在4-10之间。这些放射辐条具有第二饱和色，以中心对称的方式分布在标识块中心点周围，且辐条靠近中心部分由四周向中心逐渐变细。需要说明的是，在本发明中认为R、G、B分量中，某一分量值比另外两个分量都大MO以上的颜色为饱和色，为叙述方便，将最大的分量称为该饱和色的主分量，另外两个分量称为该饱和色的副分量。本发明的标识块设计使得当标识块和视觉传感器之间的距离发生变化时，标识块中心点附近区域的图像变化较小，从而更加有利于目标的定位。
本发明在上述标识块的基础上，提出一种目标定位方法，具体包括
(一 )将所述标识块放置于目标上。
( 二)使用视觉传感器采集包含所述标识块的图像。
(三)基于标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称、标识块中心点四周颜色差值特征、标识块中心区域辐条数特征以及标识块外环内边沿颜色跳变特征，对图像中的每一个像素点，进行逐个特征的判断，如果该点不满足上述全部特征中的一个特征，则去除该点，判断所述图像中的下一个点；如果该点满足上全部特征，则把该点存入表征标识块中心点的结果点集中。求取结果点集中各点坐标的平均值，即得到标识块中心点的坐标，完成对标识块的识别，进而实现对目标的识别。
下面以图2所示的标识块为例，对本发明的目标定位方法进行具体介绍，其中第一饱和色为饱和红色，第二饱和色为饱和蓝色，放射辐条数为6，第一放射辐条和第二放射辐条的夹角为40度，第二放射辐条和第三放射辐条的夹角为100度，第三放射辐条和第四放射辐条的夹角为40度，第四放射辐条和第五放射辐条的夹角为40度，第五放射辐条和第六放射辐条的夹角为100度，第六放射辐条和第一放射辐条的夹角为40度；作为第一饱和色的饱和红色，其R分量比G分量和B分量大MO以上，于是，饱和红色的主分量为R分量， 饱和红色的副分量为G分量和B分量；作为第二饱和色的饱和蓝色，其B分量比G分量和R 分量大MO以上，于是，饱和蓝色的主分量为B分量，饱和蓝色的副分量为G分量和R分量。 本领域技术人员应当理解，标识块的颜色和辐条数均可以在需要的范围内合理选择，此处不再赘述。
1)基于标识块中心点颜色特征的判断
利用标识块中心点颜色特征对图像中的各像素点进行判断，像素点的R、G、B三个颜色分量中任何一个分量大于T1，该点被去除，其中T1为设定阈值。
2)基于标识块中心点与其上下区域颜色差值特征的判断
标识块中心部分包含饱和蓝色的辐条，从图2中可以看到，由于辐条的分布形式， 在中点的正上方和正下方形成一块较大的纯白色扇形区域。构建如图3所示的标识块中心区域第一图像模板，以标识块中心点的正上方、正下方P个像素的点为中心选取NXM的矩形图像区域Qu、Qd，以标识块中心点的正左方、正右方q个像素的点为中心选取NXM的矩形图像区域Ωρ Ωρ同时，以标识块中心点的左/右q个像素、上方P个像素的点为中心选取NXM的矩形图像区域Ω 、Ω—以标识块中心点的左/右q个像素、下方ρ个像素的点为中心选取NXM的矩形图像区域Ω 、Qdr0由模板可知，如果像素点是标识块中心点，其 R、G分量将明显小于其正上方、正下方纯白区域对应分量的均值。对于待判断像素点，按照与图3所示的标识块中心区域第一图像模板同样的方式获取图像区域Ω〖(t = u, d，r, 1， ul,ur, dl，dr)，并计算Ω= ,Ω〗这两个区域R、G分量(即与第二饱和色的两个副分量相同的分量)的均值，将得到的R分量和G分量的均值分别减去像素点相应的颜色分量，若其中任何一个差值小于设定阈值T2，则该点被去除。
3)基于中心对称的判断
设图像区域Qt(t = u，d，r, 1，ul，ur, dl, dr)(见图3)的颜色向量为Giu = [sK￡U，Scfit, ^iu],其中
权利要求
1.一种标识块，其特征在于，包括圆形外环，具有第一饱和色，该圆形外环围成所述标识块的中心区域；N条放射辐条，具有不同于所述第一饱和色的第二饱和色，该N条放射辐条设置于所述标识块中心区域内，以中心对称的方式分布在标识块中心点周围，且靠近中心的部分由外向内逐渐变细。
2.根据权利要求1所述的标识块，其特征在于所述放射辐条为偶数条，所述数量介于 4至10之间。
3.根据权利要求2所述的标识块，其特征在于所述放射辐条中任意两条间的夹角不小于30度，且标识块中心点正上方、正下方均无放射辐条。
4.根据权利要求1所述的标识块，其特征在于所述第一饱和色和第二饱和色的R、G、 B分量中，某一分量值比另外两个分量值大MO以上，为叙述方便，将最大的分量称为该饱和色的主分量，另外两个分量称为该饱和色的副分量。
5.根据权利要求1所述的标识块，其特征在于标识块中心区域除所述N条放射辐条之外的区域为纯白色。
6.一种基于标识块的目标定位方法，其特征在于，所述标识块包括圆形外环，具有第一饱和色，该圆形外环围成所述标识块的中心区域；N条放射辐条，具有不同于所述第一饱和色的第二饱和色，N条放射辐条设置于所述标识块中心区域内，以中心对称的方式分布在标识块中心点周围，且靠近中心的部分由外向内逐渐变细；所述方法包括将所述标识块放置于目标上；使用视觉传感器采集包含所述标识块的图像；对于所述图像中的每一个点，基于标识块中心点颜色特征、标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称、标识块中心点四周颜色差值特征、标识块中心区域辐条数特征以及标识块外环内边沿颜色跳变特征进行逐个特征的判断，如果该点不满足上述全部特征中的一个特征，则去除该点，判断所述图像中的下一个点；如果该点满足上全部特征，则把该点存入表征标识块中心点的结果点集中；求取结果点集中各点坐标的平均值，即得到标识块中心点的坐标，完成对标识块的识别，进而实现对目标的识别；获取识别到的标识块外环内径长度，其中，标识块的圆形外环在图像中体现为一个偏心率随视角变化而变化的椭圆，该椭圆长轴以像素为单位的长度作为标识块外环内径的长度，进而结合所述标识块中心点的图像坐标，计算出标识块中心点相对于视觉传感器的空间位置，实现目标定位。
7.如权利要求6所述的目标定位方法，其特征在于，所述标识块中心点与其上下区域颜色差值特征、中心对称和标识块中心点四周颜色差值特征，是基于标识块中心区域第一图像模板进行计算的，且标识块中心区域第一图像模板的特征是从标识块中心点周围的正上、正下、正左、正右、左上、右上、左下、右下八块矩形图像区域中提取的。
8.如权利要求6所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于标识块中心点颜色特征对图像中的像素点进行判断的步骤包括获取像素点的R、G、B三个分量；如果所述R、G、B三个分量中任意一个大于阈值T1，则去除该像素点，否则，保留该像素点ο
9.如权利要求7所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于标识块中心点与其上下区域颜色差值特征对图像中的像素点进行判断的步骤包括按照与标识块中心区域第一图像模板同样的方式获取像素点正上方、正下方矩形图像区域；对于正上方、正下方矩形图像区域的每一块，用其与第二饱和色两个副分量相同分量的均值分别减去该像素点对应的颜色分量值，差值小于阈值T2的像素点被去除。
10.如权利要求7所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于中心对称特征对图像中的像素点进行判断的步骤包括按照与标识块中心区域第一图像模板同样的方式获取像素点正上、正下、正左、正右、 左上、右上、左下、右下八块矩形图像区域；任意相互对称的两块矩形图像区域R、G、B分量均值差值的绝对值大于阈值Tcs的像素点被去除。
11.如权利要求7所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于标识块中心点四周颜色差值特征对图像中的像素点进行判断的步骤包括按照与标识块中心区域第一图像模板同样的方式获取像素点正上、正下、正左、正右、 左上、右上、左下、右下八块矩形图像区域；用正上、正下矩形图像区域与第二饱和色两个副分量相同分量的均值分别与和其相邻的矩形图像区域对应颜色分量均值相减，得到的差值不全大于阈值T3的像素点被去除；用正上和左上两个矩形图像区域与第二饱和色两个副分量相同分量的均值的差值分别与正下和右下两个矩形图像区域对应颜色分量的均值的差值相减，得到的差值的绝对值不全小于阈值T4的像素点被去除；用正上和右上两个矩形图像区域与第二饱和色两个副分量相同分量的均值的差值分别与正下和左下两个矩形图像区域对应颜色分量的均值的差值相减，得到的差值的绝对值不全小于阈值T4的像素点被去除；用正上和正右两个矩形图像区域与第二饱和色两个副分量相同分量的均值的差值分别与正下和正左两个矩形图像区域对应颜色分量的均值的差值相减，得到的差值的绝对值不全小于阈值T4的像素点被去除。
12.如权利要求6所述的目标定位方法，其特征在于，所述标识块中心区域辐条数特征，是基于标识块中心区域第二图像模板进行计算的，且标识块中心区域第二图像模板的特征是从环绕标识块中心点的封闭凸曲线经过像素点中提取的。
13.如权利要求12所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于标识块中心区域辐条数特征对图像中的像素点进行判断的步骤包括以像素点为中心构造一系列封闭凸曲线；获取所述封闭凸曲线经过的所有点的与第二饱和色两个副分量之一相同的分量发生明显起伏的次数；如果该次数与标识块中心区域第二图像模板的特征不一致，则去除该像素点，否则，保留该像素点。
14.如权利要求6所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于标识块外环内边沿颜色跳变特征对图像中的像素点进行判断的步骤包括从像素点出发，分别沿其正上方、正下方相互成180度的两条射线逐点搜索第一个白色向第一饱和色的跳变沿；在第一条射线中，像素点至第一个白色向第一饱和色跳变沿的步数& ； 在第二条射线中，像素点至第一个白色向第一饱和色跳变沿的步数如果满足条件N1 < Su/Sd < N2，则保留该像素点；否则，去除该像素点。
全文摘要
本发明公开了一种标识块及基于该标识块的目标定位方法。该标识块包括圆形外环，具有第一饱和色，该圆形外环围成标识块的中心区域；N条放射辐条，具有不同于第一饱和色的第二饱和色，该N条放射辐条设置于标识块中心区域内，以中心对称的方式分布在标识块中心点周围，且靠近中心的部分由外向内逐渐变细。本发明标识块及基于该标识块的目标定位方法，以图像区域间颜色差值以及形状作为主要识别特征，不需要对图像进行预处理，计算量较小，实时性好，环境适用性较强，定位较精确。
文档编号G06K9/00GK102496003SQ20111037198
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者刘希龙, 周超, 曹志强, 谭民 申请人:中国科学院自动化研究所