基于編碼技術的測量標志點研究

陳貝+劉鴻+李娟妮

摘 要 在近景測量中，為了通過圖像處理、數據處理的方法獲取運動物體的軌跡與姿態，就需要在運動物體上增加標志點。在后期的圖像處理和數據處理過程中需要對標志點先進行判讀，而標志點一般都是人工識別，或人工輔助識別。不能完全智能化的原因是計算機對圖像中的標志點不能完全區分。本文設計了一種基于編碼點測量標志點，解決了以上的問題。

關鍵詞 編碼技術；測量標志點；近景測量；識別

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：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、數據處理的方法獲取運動物體的軌跡與姿態，就需要在運動物體上增加標志點。這些標志的數量通過要多于6個，并且不共面。在后期處理中，采用的方法是先將這些標志的像素值獲取出來，再通過數據處理的方法，將像素點轉變為可用的物體運動的軌跡與姿態。

在傳統的圖像處理中，對標志點的識別，一般是人工單點判讀、或在人工的干預下完成半自動的識別。因為在傳統的運用中，圖像中的標志點都采用的一樣的，計算機不能完全將它們區分開來，所以只能進行人工的干預，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 傳統的標志點模型

圖1 傳統的標志點

傳統的標志點模型比較簡單，圖1中展示了兩種的標志點的示意圖，左圖為四象限標，右圖圖原點標，它們都易于制作、并容易噴涂到被測的物體上。但除了標志本身、它們不具備任何身份信息。

3 編碼標志點

圖2 編碼標志點

如圖2所示，這是10位編碼標志點一種示例。這種編碼點有兩個部分組成，一個中心圓，和一個外環，中心圓的圓心為標志點中心，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到亞像素級別。圓環的作用是賦予圓的身份信息，使用在滿幅畫面當中，一個標志點只有一個，在工程中1般將圓環分成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。

現在以12位編碼標志點為例進行進一步說明，上面提到12位編碼標志點在編碼時就是將圓環分成12等份，每份30度，暫且將它命名為單位環段，圓環的內徑和外徑可以根據現場的拍攝條件進行設置，而每個單位環段可以在圖像上用兩種對比差大的顏色來標注，通常選用白色和黑色，這樣每個單位環段就具有了兩種狀態，12個單位環段就有了4096（212）種狀態，但在工程運用中，結合解碼工作就不能編制這么多種狀態了，因為在實際工作中在被測物體和測量輔助物體點在貼標識時不能完全夠做到完全的在攝像機視場中處于正直狀態，這將使得計算機無法判定哪一個單位環段是第一個，針對此情況，在編碼點的設計過程中就需要將它考慮進去，因此必須犧牲一定的單位環段作為編碼標志點的編碼頭，在這里通過實際運用，決定采用5個單位環段作為編碼標志點的編碼頭，7個單位環段作為編碼標志點編碼狀態位，編碼頭是的設置方式有很多種，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，當檢測到橢圓后，變根據編碼時設定環形的內徑和外徑檢測環形，接著從環形的12點方向順時針開始搜索，當搜索到“11110”時就認為是找到編碼標志點的編碼頭了，接著就對剩下的7個環段進行搜索，將搜索到的7個單位環段進行解碼就可以得到編碼點的編碼信息了，當然在7個單位環段中也有可能遇見“11110”，比如“00 《11110》”，“01《11110》”，這種情況在標志點貼歪的情況下會使計算機誤判標志信息，穩妥的做法就是將這類標志點從設計時就剔除，經過統計，這樣的標志點共有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種編碼標志點已經是足夠使用了。

4 編碼點的生成

為了能夠實現計算機自動解碼，便需要按照一定的規則來在生成編碼點。首先是編碼標志點的內圓的半徑，為了使得計算機能過識別，并且能使圓心能過到達亞像素值，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多個編碼標志點，也需要將單個標志點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圓半徑標志點，在通過大量實驗中，決定選用在像機中內圓直徑成像10像素的編碼標志點，有了這一原則，在設計編碼標志點的時候，就根據像機的分辨率（滿幅像素數）、像機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志點的內圓直徑，比如某像機的分辨率為1024*1024，像機距離被測物的距離為1米，鏡頭的拍攝角為60度，那么編碼標志的合適的內圓直徑為1*tg30°*（10/1024）即0.0056米。

圖3 編碼生成器

有了編碼標志點的內圓直徑，便可以設計外環的內徑和外徑了，外環的內徑和外徑需要考慮的有兩點，第一點需要考慮的是解碼的需要，解碼需要圓環有一定的內外徑差，擁有了一定的內外徑差才能使得計算機自動識別圓環；第二點是編碼點外環的設計也要考慮美觀效果，把科學技術當成藝術作品也是一個不錯的選擇。通常可以將外環的內徑和外徑設置為中心圓半徑的3倍、4倍，即3r、4r。經過不斷的探索研究，已經將這種編碼標志點的方便的用軟件生成，軟件界面見圖3，并且可以根據運用環境的變化，可以設置編碼頭的標識、編碼點的號碼，內圓的直徑，外環的內外徑等重要參數。

5 外場運用及效果

基于編碼技術的測量標志點目前已經成功應用到多個課題中，從目前來看，這種技術大大增加了攝影測量的自動化程度，應用前景廣闊。

參考文獻

[1]李曉峰，張瑜，駱念武.攝影測量中環狀編碼點的檢測方法[J].現代制造工程，2012（02）.

[2]周玲，張麗艷，鄭建冬，張維中.近景攝影測量中標記點的自動檢測[J].應用科學學報，2007（03）.endprint