一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种特征点识别方法，尤其设及一种针对合作标志器位姿测量的特征 点识别方法。
【背景技术】
[0002] 基于视觉的目标位姿（位置、姿态）测量是光电精密测量技术领域重点研究的前 沿方向，在空间探测、工业制造、机器人等领域扮演着举足轻重的作用。尤其在空间领域中， 准确测量空间目标的位姿是直接关系到空间任务（交会对接、目标捕获、在轨装配和维修 等）成功与否的重要前提。
[0003] 基于视觉的位姿测量分为合作目标测量和非合作目标测量，合作目标测量相对非 合作目标测量具有测量精度高、可靠性强、抗干扰力强、技术成熟度高等优势，因此在航天 领域广泛采用。
[0004] 通常而言合作目标测量需在航天器上装备合作标志器，通过对合作标志器成像识 别和测量达到对航天器的位姿测量目的。合作标志器测量包括相机定标、目标识别、位姿解 算等技术环节。相机定标是对相机焦距、主点、崎变等内参数进行表校测定；目标识别是对 标志器特征进行识别提取，为后续位姿解算做好准备；位姿解算是利用标志器特征解算出 目标相对相机的空间位置、姿态。
[0005] 在目标识别该个环节中，通常包括利用标志器特征点、线、区域等特征进行特征识 别提取方法，其中由于点特征提取定位方法简单长期W来被广泛应用，但同时点特征也存 在容易受背景干扰、易被遮挡等弊端造成标志器识别提取失败。位姿解算中至少需要3个 特征点，称为3点透视法（P3P;Perspective-3-Points)法，通常设置大于3个特征点，采用 P4P，P5P，使特征点提取识别具有一定冗余性，提高识别提取目标可靠性。
[0006] 针对P5P方法中的特征点识别提取问题，国内外学者作了大量研究，但均是研究5 个特征点均能被完整提取情况下，识别目标并提取出5个特征点坐标。然而实际工程任务 中，存在图像背景较复杂，干扰点较多、特征点易被干扰、被污损、被遮挡情况，此时某些特 征点不易被提取，如何在该种情况下依然稳定可靠的识别出目标，并准确提取其他特征点 坐标，是视觉测量任务面临的一大挑战。
[0007] 专利CN102915539A中公开了一种基于目标特征构型的位姿测量特征点提取方 法，对P4P问题中特征点菱形布局的目标识别和特征点提取方法进行了阐述，但未设及特 征点被遮挡情况下，如何识别目标并提取特征点。而根据范生宏等人的《Canny算子对人工 标志中屯、的亚像素精度定位》（参见《测绘科学技术学报》，2006年23卷（1) 76-78页），运 用了形状因子对楠圆目标进行判别，但未设及在特征点被遮挡情况下对目标的识别。
【发明内容】
[000引本发明要解决的技术问题是：提供一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方 法。该方法根据特征点尺寸和目标尺寸的比例关系建立识别框，抑制了图像识别框之外复 杂背景对识别的干扰影响；划分4象限，统计4象限被识别目标总数，解决目标1个特征点 被遮挡情况下，如何稳定识别目标的问题；分别对四象限中目标尺寸、形状、到中屯、距离等 方面进行判断，解决了目标在位移、旋转、尺度变化下的特征点准确识别问题。从而提高了 特征点识别提取准确性和可靠性。
[0009] 本发明采用的技术方案如下：一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法， 包括如下步骤：
[0010] 步骤（1)、设置合作标志器由五个高反光圆形特征点构成，设置其中4个特征点构 成正方形，设置第5点特征点在正方形中央位置，设置正方形边长与特征点直径比值为R。 获取合作标志器图像；
[0011] 步骤（2)、将步骤（1)获取的图像进行阔值分割和连通区域判读，获取图像中共N 个连通区域Qi(i= 1…脚；
[001引步骤（3)、根据A的周长Ci和面积S1，计算A的形状因子F1，
[001 引
【主权项】
1. 一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法，其特征在于：该方法包括如下步 骤： 步骤（1)、设置合作标志器由五个高反光圆形特征点构成，设置其中4个特征点构成正 方形，设置第5点特征点在正方形中央位置，设置正方形边长与特征点直径比值为R，获取 合作标志器图像； 步骤（2)、将步骤⑴获取的图像进行阈值分割和连通区域判读，获取图像中共N个连 通区域 Qi (i = 1···Ν); 步骤（3)、根据Qi的周长C i和面积S i，计算Qi的形状因子F i，
根据各连通区域匕值，若Fi小于〇, 〇为预先设定的接近1的阈值，则判断为圆形连 通区域W^j = 1···Κ)，共K个圆形连通区域，否则判断为非圆形连通区域； 步骤（4)、根据圆形连通区域直径求出正方形识别框，识别框内划分四个象限，计算各 象限内连通区域的数量、形状因子、直径、到识别框中心的距离，识别出图像中合作标志器 及各特征点。
2. 根据权利要求1所述的一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法，其特征在 于：所述步骤（4)具体为： a、 以％的围盒长度和宽度均值作为、直径Dp计算Mj, Mj= D jR b、 求出以各Wj为正方形中心，且边长略大于M」的正方形识别框Z j; c、 识别图像中合作标志器及特征点： ① 对识别框I，划1条与图像横坐标相平行且与％中心相交的直线；划1条与图像纵 坐标相平行且与％中心相交的直线；两条直线相交将叾」划分为4个象限：右上，左上，左下， 右下； ② 判断Zj各象限内圆形连通区域数量Nt，t = 1，2, 3, 4分别对应右上，左上，左下，右 下象限，标志器区域内应无其他干扰点存在，建立特征点数量抗遮挡，抗丢失判据：若满足
特征点数量满足要求，进入③，否则j = j+Ι返回①； ③ 判断Zj各象限内当N t= 1时，连通区域形状因子F t，t = 1，2, 3, 4分别对应右上， 左上，左下，右下象限，建立特征点圆形判据：若Flt彡〇 (t = 1···4)，判断特征点为圆形， 进入④，否则j = j+Ι返回①； ④ 以Zj各象限内当N j，t= 1时，连通区域围盒长宽均值计算出直径D j，t，t = 1，2, 3, 4 分别对应右上，左上，左下，右下象限，建立特征点尺寸一致性判据：若|Dit-D」/D'A，λ 为预先设定接近〇的阈值，判断特征点尺寸一致，进入⑤，否则进入①； ⑤ Zj各象限内当N j，t= 1时，计算连通区域到中心连通区域的距离L j，t，t = 1，2, 3, 4 分别对应右上，左上，左下，右下象限，当Nj，t = O时，L j，t = 0。建立中心距离一致性判据：
λ为预先设定接近0的阈值，η为四象限 提取连通区域总数，判断Zj各象限内连通区域到中心连通区域距离满足一致性判据，识别 出图像中合作标志器及各特征点，否则进入①。
【专利摘要】本发明公开了一种针对合作标志器位姿测量的特征点识别方法，该方法步骤包括：(1)阈值分割、连通区域判；(2)计算连通区域形状因子，求出圆形连通区域；(3)根据圆形连通区域直径求出正方形识别框，识别框内划分四个象限，计算各象限内连通区域的数量、形状因子、直径、到识别框中心的距离。识别图像中合作标志器及各特征点。该方法运用图像识别手段解决了航天器交会对接视觉位姿测量过程中在特征点被部分遮挡、干扰下图像特征点识别定位问题，识别结果准确、可靠。
【IPC分类】G06T7-00
【公开号】CN104867156
【申请号】CN201510293398
【发明人】赵汝进, 王进, 赵人杰, 王明富, 洪裕珍, 颜坤, 游迪
【申请人】中国科学院光电技术研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月1日