一种感兴趣区域的定位方法
【专利摘要】本发明涉及一种感兴趣区域的定位方法，具体步骤包括：A、在感兴趣区域ROI边缘确定位置处粘贴二维码即Marker标记；B、检测Marker标记，定位到ROI感兴趣区域，具体步骤如下：(1)图像灰度化；(2)图像二值化；(3)检测图像轮廓；(4)搜索图像中可能的Marker标记；(5)检测并解码可能的Marker标记；(6)筛选解码后的可能的Marker标记，找出正确的Marker标记；(7)对感兴趣区域ROI进行定位。本发明Marker标记只有黑、白两种颜色，图像二值化后很明显，能够快速而准确地定位感兴趣区域ROI，简化了图像预处理操作，能够适应光线变化的情况且鲁棒性很强。
【专利说明】一种感兴趣区域的定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种感兴趣区域的定位方法，属于图像处理与模式识别【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着图像处理技术的发展，自动定位方法的应用领域越来越广泛。在许多实际应用中，自动定位出图像的感兴趣区域是问题的关键，也是对图像进行分析和理解的基础。对图像某个区域的定位有很多方法，其中常见的有模板匹配定位法、几何特征定位法、小波变换定位方法。这些方法都广泛应用于人脸检测、人眼定位、期刊图像文件处理系统、车牌识别等领域。
[0003]二维码的编码组合则非常多，如Qrcode及Datamatrix条码最多可以存2K左右的信息，但是存储这么多的信息，识别起来难度就会很大。传统的感兴趣区域ROI定位策略，往往是对数字图像上的原始内容进行腐蚀、锐化、滤波、去噪、倾斜校正等一系列复杂的预处理操作，即便如此，也未必实现良好的ROI感兴趣区域定位；此外，这些策略也极易受到光线亮度、照射角度等的干扰；另外，在很多场合中，图像中的原始特征不够明显，非常难于提取，要定位到感兴趣区域R0I，就需要非常复杂的预处理操作，不断地寻找新的特征才能完成定位。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的不足，本发明公开了一种感兴趣区域的定位方法；
[0005]本发明Marker标记具有通用性，极易检测和识别，能够适应光线的变化和识别对象的倾斜、倒置等情况，通过检测所述Marker标记，再根据相对位置定位出感兴趣区域ROI，即可对感兴趣区域ROI进行模式识别。
[0006]本发明应用于工业仪表的读数识别，在仪表的字符或指针区域设计Marker标记，监控摄像头采集仪表图像，通过Marker标记区分仪表的型号并定位到感兴趣区域R0I，然后进行读数识别。
[0007]本发明的技术方案为:
[0008]术语解释:
[0009]图像灰度化，指由彩色图像转化为灰度图像的过程；
[0010]图像二值化，指将图像上的像素点的灰度值设置为O或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果；
[0011]汉明距离，指两个等长字符串之间对应位置的不同字符的个数，即将一个字符串变换成另外一个字符串所需要替换的字符个数。
[0012]一种感兴趣区域的定位方法，具体步骤包括:
[0013]A、在感兴趣区域ROI边缘确定位置处粘贴二维码即Marker标记；所述确定位置是指通过刻度尺或其它测量工具通过所述Marker标记的大小和位置能够定位所述感兴趣区域 ROI ；
[0014]B、检测所述Marker标记,定位到感兴趣区域R0I,具体步骤如下:
[0015](I)图像灰度化；
[0016](2)图像二值化；
[0017]⑶检测图像轮廓；
[0018](4)搜索图像中可能的Marker标记；
[0019](5)检测并解码步骤⑷得到的可能的Marker标记；
[0020](6)筛选解码后的可能的Marker标记，找出正确的Marker标记；
[0021](7)对感兴趣区域ROI进行定位,根据所述Marker标记与感兴趣区域ROI的所述确定位置，完成对感兴趣区域ROI的定位；
[0022]所述Marker标记是由白色块和黑色块构成的规则图形，所述Marker标记有如下特点:
[0023]①所述白色块为白色，所述黑色块为黑色；
[0024]②所述Marker标记为规则的矩形；
[0025]③所述Marker标记有方向属性,所述方向属性是指将所述Marker标记以及按照同一方向将所述Marker标记旋转90°、180° >270°得到的四种图像各不相同；
[0026]④所述Marker标记为7 X 7的栅格，所述Marker标记中心5 X 5的栅格为识别编码，所述Marker标记周围一圈为黑色边界。
[0027]根据所述Marker标记的特点,非常容易将图像中的所述Marker标记提取出来,所述Marker标记只有黑、白两种颜色，在图像二值化后很明显，根据所述Marker标记的矩形特征和方向属性,对图像进行透视变化和倾斜校正，另外，每种所述Marker标记的内部结构不同，对内部结构进行编码和解码，用来定位感兴趣区域R0I。
[0028]根据本发明优选的，所述检测图像轮廓，具体是指，使用opencv库中的findContours O函数从图像中得到一系列多边形轮廓。
[0029]根据本发明优选的，所述搜索图像中可能的Marker标记，具体是指，通过MarkerDetector类中的findMarkerCandi dates ()方法从所述多边形轮廓中获取可能的Marker标记,用approxPolyDPO函数从所述多边形轮廓中筛选出顶点数目为4的凸多边形，检测所述凸多边形边长，如果所述凸多边形的最小边长小于lOpixel，则不认为是可能的Marker标记,否则,认为是可能的Marker标记。
[0030]只有顶点数目为4的凸多边形且才有可能是Marker标记。
[0031]根据本发明优选的，所述检测并解码步骤⑷得到的可能的Marker标记，具体步骤包括:
[0032]a、将所有步骤(4)得到的可能的Marker标记逆时针排序，即将所述步骤⑷得到的可能的Marker标记4个顶点按照逆时针排序；
[0033]b、检测所有可能的Marker标记中是否有重复的Marker标记，计算所有可能的Marker标记中任意两个Marker标记的周长S1、S2,取所述周长S1、S2中的较小值S,计算所述任意两个Marker标记的4个对应顶点之间的距离L1、L2、L3、L4，如果(L1+L2+L3+L4)
<S，则认为所述任意两个Marker标记重复,去掉所述任意两个Marker标记中那个周长较短的Marker标记,保留所述任意两个Marker标记中周长较长的Marker标记,否则,保留所述任意两个Marker标记,接着采用上述同样的方法检测剩下的可能的Marker标记中是否有重复的Marker标记；
[0034]C、利用透视变换将步骤b得到的所述Marker标记转换成正方形Marker标记；
[0035]d、识别步骤c得到的所述正方形Marker标记,所述正方形Marker标记为7X7的栅格，首先，检测所述正方形Marker标记的周围一圈是否为黑色边界，如果不是，检测下一个Marker标记,如果是,接着对所述正方形Marker标记中心5X5的栅格解码,所述正方形Marker标记中心5X5的栅格中，取第一列、第三列、第五列为校验码，用来保证旋转，第二列和第四列作为id关键词。
[0036]针对每种所述校验码，最多有1024种不同的编码方式。
[0037]所述正方形Marker标记中心5X5的栅格旋转不变性才能得到唯一的编码。
[0038]根据本发明优选的，筛选解码后的可能的Marker标记，找出正确的Marker标记，具体是指，步骤(5)得到的所述Marker标记以及按照同一方向将所述Marker标记旋转90° > 180° >270°得到的4种不同方向的Marker标记,对所述四种不同方向的Marker标记进行编码，得到4种不同的编码，取所述4种不同的编码中汉明距离最小的编码对应的Marker标记为正确的Marker标记,所述汉明距离是指4种不同的编码中一、三、五列与校验码不同的栅格总数。
[0039]本发明的有益效果为:
[0040]1、本发明Marker标记只有黑、白两种颜色，在图像二值化后很明显，能够快速而准确地定位到图像中的感兴趣区域R0I，简化了图像预处理操作，能够适应光线变化的情况且鲁棒性很强，而且根据不同的Marker标记对要识别的感兴趣区域ROI做类别的区分；
[0041]2、本发明利用所述Marker标记来定位感兴趣区域R0I，另辟蹊径，人为加入Marker标记作为特征，解决了传统定位中特征提取的难题；所述Marker标记解码中使用校验码的思想，解决了此类二维码的类别区分难度大的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1是本发明所述Marker标记的示例图；
[0043]图2是本发明流程图；
[0044]图3是本发明Marker标记的编码图，图3中,Marker标记为7X7的栅格,周围一圈为黑色边界，Marker标记中心5X5的栅格中，取第一列、第三列、第五列为校验码，第二列和第四列作为id关键词，第二列和第四列中，黑色栅格编码为0，白色栅格编码为1，编码为 00001010 ；
[0045]图4为感兴趣区域ROI与Marker标记所述确定位置示例图，图4中，已知Marker标记的边长为a,左上角坐标为(al，a2),感兴趣区域ROI位于Marker标记正上方，感兴趣区域ROI长2.5a，宽1.5a ;据此，确定感兴趣区域ROI的左上角坐标(m，η)为(al, a2+l.5a)，感兴趣区域 ROI 长 2.5a,宽 1.5a ;
[0046]图5a为一种Marker标记的不例图；
[0047]图5b为图5a所述Marker标记顺时针旋转90°的示例图；
[0048]图5c为图5a所述Marker标记顺时针旋转180°的示例图；
[0049]图5d为图5a所述Marker标记顺时针旋转270°的示例图；
[0050]图5a、图5b、图5c、图5d为四种不同的Marker标记,反应了 Marker标记的方向属性。
【具体实施方式】
[0051]实施例1
[0052]一种感兴趣区域的定位方法，具体步骤包括:
[0053]A、在感兴趣区域ROI边缘确定位置处粘贴二维码即Marker标记；所述确定位置是指通过刻度尺或其它测量工具通过所述Marker标记的大小和位置能够定位所述感兴趣区域 ROI ；
[0054]B、检测所述Marker标记,定位到ROI感兴趣区域,具体步骤如下:
[0055](I)图像灰度化；
[0056](2)图像二值化；
[0057](3)检测图像轮廓；
[0058](4)搜索图像中可能的Marker标记；
[0059](5)检测并解码可能的Marker标记；
[0060](6)筛选解码后的可能的Marker标记，找出正确的Marker标记；
[0061](7)对感兴趣区域ROI进行定位,根据所述Marker标记与感兴趣区域ROI的所述确定位置，完成对感兴趣区域ROI的定位；
[0062]所述Marker标记是由白色块和黑色块构成的规则图形，所述Marker标记有如下特点:
[0063]①所述白色块为白色，所述黑色块为黑色；
[0064]②所述Marker标记为规则的矩形；
[0065]③所述Marker标记有方向属性,所述方向属性是指将所述Marker标记以及按照同一方向将所述Marker标记旋转90°、180° >270°得到的四种图像各不相同；
[0066]④所述Marker标记为7 X 7的栅格，所述Marker标记中心5 X 5的栅格为识别编码，所述Marker标记周围一圈为黑色边界。
[0067]根据所述Marker标记的特点,非常容易将图像中的所述Marker标记提取出来,所述Marker标记只有黑、白两种颜色，在图像二值化后很明显，根据所述Marker标记的矩形特征和方向属性,对图像进行透视变化和倾斜校正，另外，每种所述Marker标记的内部结构不同，对内部结构进行编码和解码，用来定位感兴趣区域R0I。
[0068]实施例2
[0069]根据实施例1所述的一种感兴趣区域的定位方法，其区别在于，所述检测图像轮廓，具体是指，使用opencv库中的findContours O函数从图像中得到一系列多边形轮廓。
[0070]实施例3
[0071]根据实施例1所述的一种感兴趣区域的定位方法，其区别在于，所述搜索图像中可能的Marker标记，具体是指，通过MarkerDetector类中的findMarkerCandidates O方法从所述多边形轮廓中获取可能的Marker标记,用approxPolyDP O函数从所述多边形轮廓中筛选出顶点数目为4的凸多边形，检测所述凸多边形边长，如果所述凸多边形的最小边长小于1pixel,则不认为是可能的Marker标记,否则,认为是可能的Marker标记。
[0072]只有顶点数目为4的凸多边形且才有可能是Marker标记。
[0073]实施例4
[0074]根据实施例1所述的一种感兴趣区域的定位方法，其区别在于，所述检测并解码步骤(4)得到的可能的Marker标记,具体步骤包括:
[0075]a、将所有步骤(4)得到的可能的Marker标记逆时针排序，即将所述步骤⑷得到的可能的Marker标记4个顶点按照逆时针排序；
[0076]b、检测所有可能的Marker标记中是否有重复的Marker标记，计算所有可能的Marker标记中任意两个Marker标记的周长S1、S2,取所述周长S1、S2中的较小值S,计算所述任意两个Marker标记的4个对应顶点之间的距离L1、L2、L3、L4，如果(L1+L2+L3+L4)
<S，则认为所述任意两个Marker标记重复,去掉所述任意两个Marker标记中那个周长较短的Marker标记,保留所述任意两个Marker标记中周长较长的Marker标记,否则,保留所述任意两个Marker标记,接着采用上述同样的方法检测剩下的可能的Marker标记中是否有重复的Marker标记；
[0077]C、利用透视变换将步骤b得到的所述Marker标记转换成正方形Marker标记；
[0078]d、识别步骤c得到的所述正方形Marker标记,所述正方形Marker标记为7X7的栅格，首先，检测所述正方形Marker标记的周围一圈是否为黑色边界，如果不是，检测下一个Marker标记,如果是,接着对所述正方形Marker标记中心5X5的栅格解码,所述正方形Marker标记中心5X5的栅格中，取第一列、第三列、第五列为校验码，用来保证旋转，第二列和第四列作为id关键词。
[0079]针对每种所述校验码，最多有1024种不同的编码方式。
[0080]所述正方形Marker标记中心5X5的栅格旋转不变性才能得到唯一的编码。
[0081]实施例5
[0082]根据实施例1所述的一种感兴趣区域的定位方法，其区别在于，筛选解码后的可能的Marker标记,找出正确的Marker标记,具体是指,步骤(5)得到的所述Marker标记以及按照同一方向将所述Marker标记旋转90°、180° >270°得到的4种不同方向的Marker标记，对所述四种不同方向的Marker标记进行编码,得到4种不同的编码,取所述4种不同的编码中汉明距离最小的编码对应的Marker标记为正确的Marker标记,所述汉明距离是指4种不同的编码中一、三、五列与校验码不同的栅格总数。
【权利要求】
1.一种感兴趣区域的定位方法，其特征在于，具体步骤包括: A、在感兴趣区域ROI边缘确定位置处粘贴二维码即Marker标记；所述确定位置是指通过刻度尺或其它测量工具通过所述Marker标记的大小和位置能够定位所述感兴趣区域ROI ； B、检测所述Marker标记,定位到ROI感兴趣区域,具体步骤如下: (1)图像灰度化； (2)图像二值化； (3)检测图像轮廓； (4)搜索图像中可能的Marker标记； (5)检测并解码可能的Marker标记； (6)筛选解码后的可能的Marker标记,找出正确的Marker标记； (7)对感兴趣区域ROI进行定位，根据所述Marker标记与感兴趣区域ROI的所述确定位直，完成对感兴趣区域ROI的定位； 所述Marker标记是由白色块和黑色块构成的规则图形，所述Marker标记有如下特占-^ \\\.①所述白色块为白色，所述黑色块为黑色； ②所述Marker标记为规则的矩形； ③所述Marker标记有方向属性,所述方向属性是指将所述Marker标记以及按照同一方向将所述Marker标记旋转90°、180° >270°得到的四种图像各不相同； ④所述Marker标记为7X7的栅格,所述Marker标记中心5X5的栅格为识别编码,所述Marker标记周围一圈为黑色边界。
2.根据权利要求1所述的一种感兴趣区域的定位方法，其特征在于，所述检测图像轮廓，具体是指，使用opencv库中的findContours O函数从图像中得到一系列多边形轮廓。
3.根据权利要求1所述的一种感兴趣区域的定位方法，其特征在于，所述搜索图像中可能的Marker标记，具体是指，通过MarkerDetector类中的findMarkerCandidates O方法从所述多边形轮廓中获取可能的Marker标记,用approxPolyDP O函数从所述多边形轮廓中筛选出顶点数目为4的凸多边形，检测所述凸多边形边长，如果所述凸多边形的最小边长小于1pixel,则不认为是可能的Marker标记,否则,认为是可能的Marker标记。
4.根据权利要求1所述的一种感兴趣区域的定位方法，其特征在于，所述检测并解码步骤(4)得到的可能的Marker标记,具体步骤包括: a、将所有步骤(4)得到的可能的Marker标记逆时针排序，即将所述步骤(4)得到的可能的Marker标记4个顶点按照逆时针排序； b、检测所有可能的Marker标记中是否有重复的Marker标记,计算所有可能的Marker标记中任意两个Marker标记的周长S1、S2,取所述周长S1、S2中的较小值S,计算所述任意两个Marker标记的4个对应顶点之间的距离L1、L2、L3、L4，如果(L1+L2+L3+L4) < S，则认为所述任意两个Marker标记重复,去掉所述任意两个Marker标记中那个周长较短的Marker标记,保留所述任意两个Marker标记中周长较长的Marker标记,否则,保留所述任意两个Marker标记,接着采用上述同样的方法检测剩下的可能的Marker标记中是否有重复的Marker标记； C、利用透视变换将步骤b得到的所述Marker标记转换成正方形Marker标记；d、识别步骤c得到的所述正方形Marker标记,所述正方形Marker标记为7X7的栅格，首先，检测所述正方形Marker标记的周围一圈是否为黑色边界，如果不是，检测下一个Marker标记，如果是,接着对所述正方形Marker标记中心5X5的栅格解码,所述正方形Marker标记中心5X5的栅格中，取第一列、第三列、第五列为校验码，用来保证旋转，第二列和第四列作为id关键词。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种感兴趣区域的定位方法，其特征在于，筛选解码后的可能的Marker标记,找出正确的Marker标记,具体是指,步骤(5)得到的所述Marker标记以及按照同一方向将所述Marker标记旋转90°、180° >270°得到的4种不同方向的Marker标记,对所述四种不同方向的Marker标记进行编码,得到4种不同的编码,取所述4种不同的编码中汉明距离最小的编码对应的Marker标记为正确的Marker标记,所述汉明距离是指4种不同的编码中一、三、五列与校验码不同的栅格总数。
【文档编号】G06K9/46GK104331697SQ201410655560
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】姜威, 于向阳, 李振宇, 朱秀娟 申请人:山东大学