陳貝+劉鴻+李娟妮

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

關(guān)鍵詞 編碼技術(shù)；測量標(biāo)志點(diǎn)；近景測量；識別

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

1 研究背景

在近景測量中，為了通過圖像處理、數(shù)據(jù)處理的方法獲取運(yùn)動物體的軌跡與姿態(tài)，就需要在運(yùn)動物體上增加標(biāo)志點(diǎn)。這些標(biāo)志的數(shù)量通過要多于6個，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，再通過數(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)動的軌跡與姿態(tài)。

在傳統(tǒng)的圖像處理中，對標(biāo)志點(diǎn)的識別，一般是人工單點(diǎn)判讀、或在人工的干預(yù)下完成半自動的識別。因為在傳統(tǒng)的運(yùn)用中，圖像中的標(biāo)志點(diǎn)都采用的一樣的，計算機(jī)不能完全將它們區(qū)分開來，所以只能進(jìn)行人工的干預(yù)，這樣就造成了自動化程度不高，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)有兩個部分組成，一個中心圓，和一個外環(huán)，中心圓的圓心為標(biāo)志點(diǎn)中心，圓心的識別通過圖像識別判定圓，由于攝影成像的效果，通常是一個橢圓，再通過計算得出橢圓的圓心，這樣判讀精度通常可以達(dá)到亞像素級別。圓環(huán)的作用是賦予圓的身份信息，使用在滿幅畫面當(dāng)中，一個標(biāo)志點(diǎn)只有一個，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)一步說明，上面提到12位編碼標(biāo)志點(diǎn)在編碼時就是將圓環(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)場的拍攝條件進(jìn)行設(shè)置，而每個單位環(huán)段可以在圖像上用兩種對比差大的顏色來標(biāo)注，通常選用白色和黑色，這樣每個單位環(huán)段就具有了兩種狀態(tài)，12個單位環(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，因為在實際工作中在被測物體和測量輔助物體點(diǎn)在貼標(biāo)識時不能完全夠做到完全的在攝像機(jī)視場中處于正直狀態(tài)，這將使得計算機(jī)無法判定哪一個單位環(huán)段是第一個，針對此情況，在編碼點(diǎn)的設(shè)計過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，在這里通過實際運(yùn)用，決定采用5個單位環(huán)段作為編碼標(biāo)志點(diǎn)的編碼頭，7個單位環(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”來表示，在解碼過程中，首先檢測圖像中的橢圓，當(dāng)檢測到橢圓后，變根據(jù)編碼時設(shè)定環(huán)形的內(nèi)徑和外徑檢測環(huán)形，接著從環(huán)形的12點(diǎn)方向順時針開始搜索，當(dāng)搜索到“11110”時就認(rèn)為是找到編碼標(biāo)志點(diǎn)的編碼頭了，接著就對剩下的7個環(huán)段進(jìn)行搜索，將搜索到的7個單位環(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個單位環(huán)段中也有可能遇見“11110”，比如“00 《11110》”，“01《11110》”，這種情況在標(biāo)志點(diǎn)貼歪的情況下會使計算機(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)計時就剔除，經(jīng)過統(tǒng)計，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)計算機(jī)自動解碼，便需要按照一定的規(guī)則來在生成編碼點(diǎn)。首先是編碼標(biāo)志點(diǎn)的內(nèi)圓的半徑，為了使得計算機(jī)能過識別，并且能使圓心能過到達(dá)亞像素值，需要將將圓在圖片中成像越大越好，而為了在整個圖像中布設(shè)多個編碼標(biāo)志點(diǎn)，也需要將單個標(biāo)志點(diǎn)在圖片中占用的像素少，在這種情況下，需要選擇一個合適內(nèi)圓半徑標(biāo)志點(diǎn)，在通過大量實驗中，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)計編碼標(biāo)志點(diǎn)的時候，就根據(jù)像機(jī)的分辨率（滿幅像素數(shù)）、像機(jī)到被測物體的距離以及所選用鏡頭的拍攝角來確定編碼標(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)外徑差才能使得計算機(jī)自動識別圓環(huán)；第二點(diǎn)是編碼點(diǎn)外環(huán)的設(shè)計也要考慮美觀效果，把科學(xué)技術(shù)當(dāng)成藝術(shù)作品也是一個不錯的選擇。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、編碼點(diǎn)的號碼，內(nèi)圓的直徑，外環(huán)的內(nèi)外徑等重要參數(shù)。

5 外場運(yùn)用及效果

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

參考文獻(xiàn)

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