[发明专利]基于亚像素图像识别的高精度定位技术

说明书

为实现高精度的定位测量，本发明提出一种基于亚像素识别技术的定位测量方法，在只采用单目摄像头进行图像采集的情况下，对特定标志物进行检测和定位，得到高精度的测量结果。1.为了将定位精度提高到亚像素级别，本发明提出一种考虑边缘模糊区域的质心计算方法，对边缘模糊区域在计算质心时采取权重值计算，在区间(0，1)上取值，从而达到亚像素精度的计算结果。2.针对测量过程中，相机的微小抖动或者空气流动等外界因素可能导致的测量误差，采用基于双“标志物”的目标运动估计方法，分别设置目标标志物和背景标志物，以目标标志物和背景标志物计算出的质心位置的差值作为对目标移动的测量结果。实验结果表明本方法能够有效克服外界扰动。

技术领域

本发明涉及一种基于亚像素图像识别的高精度定位技术，可以应用于恶劣条件下的液位测量(如高温熔融盐)等。基于图像的测量方法，其测量精度依赖于图像质量，较高图像质量的获取依赖于图像采集设备。本发明提出一种高精度的亚像素识别定位技术，设置特定的标志物体，在只采用单目摄像头进行图像采集的情况下，对标志物进行质心定位，得到高精度的测量结果。

背景技术

1.质心定位算法

本发明是对设置的特定标志物(红色实心三角形)进行质心定位，从而可以实现特定的测量任务，例如液位测量等，也因此需要高精度(亚像素级别)的定位方法。标志物选取颜色鲜明的实心三角形。计算质心的方法主要有：二值化质心定位、灰度加权质心定位。其中，二值化质心定位方法最为简单，它将目标成像点匹配窗口中的灰度图像根据选定的阈值转换为二值图像，并计算其质心，计算方法如下：

其中，和是目标质心坐标，x_i和y_i是第i个像素的坐标；n为要计算质心的目标物的像素个数；二值化方法p_i是根据阈值以及在第i个像素位置上的像素的灰度值取0或1；灰度加权法与之相似，不过p_i取相应的灰度值。二值化方法在整像素上进行计算，精度低，而灰度加权，由于灰度值受外界因素影响较大，容易引起计算误差。

在质心定位时，由于成像系统在成像过程中存在点扩散现象，因此图像的边缘区域宽度值不再局限于单个像素，而必须考虑点扩散函数的分布。本发明提出一种新的质心定位方法，考虑到图像的边缘区域并非理想阶跃函数，其边缘由于点扩散而退化成模糊边缘，此时针对模糊边缘区域，像素点的p_i的值就不再是简单的0或1，而是位于(0，1)区间取值。本发明通过实验获取边缘过渡模型，从而确定过渡区域像素点的p_i值，从而使定位精度达到亚像素级别。

2.基于双“标志物”的目标运动估计

在基于亚像素图像识别的定位算法中，尤其是针对目标物距离相机较远或者想要获取及其微小的位置改变的情况，相机的微小抖动或者空气流动都将导致测量误差的急剧增大。针对此问题，本发明提出采用双“标志物”定位方法来估计质心位置。在距离相机较近的背景区域范围内放置一同样的“标志物”(这里称其为背景标志物)，同时计算其质心位置，以目标标志物和背景标志物计算出的质心位置的差值作为对目标移动的估计结果。背景标志物可以反映出背景的变化，因此能够反映出相机抖动或者环境因素对测量结果可能造成的影响，采用双标志物，可以在计算目标标志物运动情况是抵消这种影响。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于亚像素图像识别的高精度定位技术，可以应用单目摄像头拍摄特定标志物，对标志物进行检测和定位来完成定位和测量任务。