[发明专利]一种针对回光反射标志的可变权重像点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄影测量技术领域。具体而言，本发明涉及一种针对回光反射标志(Retro-Reflective Targets，简称RRT)的可变权重像点定位方法。

背景技术

摄影测量利用摄影获得被测物的二维图像，求出被测物的三维信息。20世纪80年代中期，近景摄影测量在工业应用获得成功，其利用大幅面网格相机，多画面收敛计算，数字图像扫描、处理、比较等技术，提供了高达1:500，000的相对精度，对大尺寸物体(如，直径>10米)的测量可超过经纬仪的精度。90年代中期，结合了数字传感器（CCD&COMS）技术后，近景摄影测量被称为离线摄影测量系统。通过高分辨率单反相机，回光反射标志点，以及像素定位的技术，其能够提供很高的精度水平。其典型的测量精度为1:100，000到1:200，000相对精度（1倍标准差），前者对应10米目标尺寸下达到0.1mm的绝对精度，而一般用长度测量的绝对精度来表征三维重建的相对精度，一般比点定位精度低2到3倍（例如，对2m的物体约0.05mm）。

回光反射标志是近年来国内外高精度的工业摄影测量中广泛使用的一种人工标志，其采用特殊的具有高折射率的玻璃微珠材料结构。在特定位置使用光源(例如闪光灯)照射时，RRT能将入射光按照原来的路径反射到光源处，如图1所示。其具有极高的反射率，一般是普通标志反射率的几百倍甚至上千倍，以达到目标点与背景“分离”的准二值图像，有助于目标点的精确定位和特征点的提取与识别。

在获得了准二值图像后，即可对RRT进行定位。通常RRT是一个有一定大小的圆形，其圆心位置即该RRT所代表的坐标位置。为提取这一位置，针对不同情况有不同的方法。在相机感光元件为胶片的时代，通常是将胶片置于高倍率放大镜下，得到一个放大后的RRT图像，然后通过几何方法找到RRT的中心位置。

随着现代科技与制造技术的发展，尤其是以CCD和COMS为重要代表的固体图像传感器技术的研制与飞速发展，采用数字像机来获取数字影像已经越来越普及，基本上已经取代了传统的胶片式像机。数字相机不像胶片相机那样，可以将传感元件取出放大来对RRT进行定位，而由于CCD与COMS传感器发展水平的限制，其空间分辨率远不如胶片的高。圆形回光反射标志经透镜成像以后一般为椭圆形，成像光斑的示意图如图2所示。

受光学系统和图像传感器制造工艺的限制，图像的分辨率相对精度不超过1:10,000，为达到更高的相对精度，需要对回光反射点进行亚像素级别的精确定位，即需要对成像椭圆光斑的中心进行定位。为了达到对椭圆中心的高精度定位，通常有两种方法。一类方法是求取RRT边缘，然后拟合出椭圆方程，从而求得RRT椭圆点中心；另一类方法是基于RRT的灰度信息，通过质心法来求得RRT椭圆点中心。其中边缘拟合法对边缘点提取的精度要求很高，在标志点大小较小的时，会因为边缘提取误差导致椭圆点中心受到严重影响。而基于灰度的质心法对边缘点提取的精度不敏感，在不同尺寸的标志点下提取精度变化不大，其缺点是容易受到灰度分布不均匀的影响。

常用的亚像素定位算法有拟合法，数字相关法，形心法。使用拟合法的前提是目标特性满足已知或假定的函数形式，所以一般较难获得很高的亚像素精度。数字相关法具有原理简单、适应性强和精度高等优点，但在对旋转目标或旋转没有约束的目标定位中很少使用相关的方法，因为这使模板的选择难以实现，而在近景摄影测量中，RRT总是不可避免地带有旋转，因此相关法不能用于RRT点中心定位。灰度重心法、带阈值的灰度重心法、平方加权法等是基于形心法形成的亚像素算法，这些算法的优点在于充分利用了RRT中每一点的灰度值，通常可获得比形心法更高的亚像素精度，精度在1/20px到1/50像素左右。但是根据不同文献的实验结果显示，这些方法的点中心提取精度优劣并不是绝对的，而是在不同的场合下，获得不同的点中心提取精度。因为这些方法受到不同现场环境的影响，从而表现出不一致的性能水平，因此在环境变化的情况下，使用起来非常不便。

因此，需要一种更为通用的针对回光反射标志的中心定位方法，可以适用于不同的现场环境，尽可能地消除现场环境造成的影响，以提高回光反射标志点中心的定位精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对回光反射标志定位的变量加权质心法，以提高点中心的定位精度。