图像中圆形标记物的识别定位方法技术

本发明专利技术公开了图像中圆形标记物的识别定位方法，包括步骤：(1)通过相机采集包含圆形标记物的图像；(2)提取第一帧图像上各连通区域并进行拟合得到各圆形标记物，据此得到第一帧图像上各圆形标记物的位置及其对应半径；(3)提取第二帧图像上各圆形标记物的位置；(4)根据当前帧图像的上两帧图像之间各圆形标记物的位置得到各圆形标记物的运动向量，并据此结合上一帧图像上的各圆形标记物的位置计算得到当前帧图像上各圆形标记物的预测位置。本发明专利技术采用连续帧的跟踪处理，在后续处理过程中无需遍历整张图像，对于主控性能的依赖会降低，满足高帧率和高精度的要求。满足高帧率和高精度的要求。满足高帧率和高精度的要求。

【技术实现步骤摘要】
图像中圆形标记物的识别定位方法


[0001]本专利技术涉及图像处理领域，尤其涉及图像中圆形标记物的识别定位方法。

技术介绍

[0002]医疗行业中，光学跟踪系统因为其快速，精准的特性使用的越来越多。光学跟踪系统，主要靠双目红外相机识别空间中固定的反光球去跟踪场景中的目标运动。双目跟踪系统中往往为了节省空间和解决散热问题，主控板会选择性能较低的控制板。传统的图像处理方法因为其通用性较高，往往比较依赖主控性能和耗时处理。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术针对上述不足，提出了图像中圆形标记物的识别定位方法，通过多次跟踪的方法进行连续图像处理，满足高帧率和精确度的要求。
[0004]技术方案：
[0005]图像中圆形标记物的识别定位方法，包括步骤：
[0006](1)通过相机采集包含圆形标记物的图像；
[0007](2)提取第一帧图像上各连通区域并进行拟合得到各圆形标记物，据此得到第一帧图像上各圆形标记物的位置及其对应半径；
[0008](3)提取第二帧图像上各圆形标记物的位置；
[0009](4)根据当前帧图像的上两帧图像之间各圆形标记物的位置得到各圆形标记物的运动向量，并据此结合上一帧图像上的各圆形标记物的位置计算得到当前帧图像上各圆形标记物的预测位置。
[0010]所述步骤(4)中，根据步骤(2)和步骤(3)得到相邻帧图像之间各圆形标记物的运动向量，并据此结合上一帧图像上的各圆形标记物的位置计算得到当前帧图像上各圆形标记物的预测位置。
[0011]所述步骤(4)中在计算得到当前帧图像上各圆形标记物的预测位置后在以所述预测位置为基准分别进行扩展得到的扩展区域内查找得到当前帧图像上各圆形标记物的位置，后续帧图像均按照此步骤进行计算与查找得到各圆形标记物的位置，据此得到各圆形标记物的连续跟踪过程。
[0012]所述扩展区域为以各圆形标记物的预测位置为基准，以其自身对应半径分别进行扩展得到。
[0013]还包括步骤(5)，若在某一帧图像中按照步骤(4)查找不到圆形标记物的位置，则返回步骤(1)或者扩大扩展区域进行查找。
[0014]所述步骤(5)中扩大扩展区域进行查找具体为：(51)若存在某一帧图像中查找不到反光球的位置，将该帧图像中各反光球的预测位置处以扩展半径R＞r进行扩展得到扩展区域，并进行查找；
[0015](52)若经过第i次扩展后还查找不到该帧图像中的各反光球的位置，则以大于前
一次扩展半径的扩展半径进行扩展得到扩展区域，并在该区域内进行查找；
[0016](53)判断扩展半径是否达到设定阈值时，若该帧图像中还查找不到各反光球的位置，则停止查找，返回步骤(1)。
[0017]所述步骤(3)中，所述第二帧图像上各圆形标记物的位置获取方式与所述第一帧图像上各圆形标记物的位置获取方式相同。
[0018]所述步骤(3)中，所述第二帧图像中各圆形标记物的位置获取方式为在以所述第一帧图像上各圆形标记物的位置为基准，以其自身半径进行扩展得到的扩展区域内进行查找。
[0019]所述查找方式与所述步骤(2)中提取各圆形标记物的位置方式一致。
[0020]所述圆形标记物采用反光球。
[0021]所述步骤(2)提取图像上各连通区域具体为：采用阈值法对图像进行遍历提取得到图像上各连通区域。
[0022]具体为：
[0023](21)从第2行至倒数第2行，对每一行的第2个像素点至倒数第2个像素点采用阈值法进行行遍历提取，得到各行的连续区间；
[0024](22)查找相邻行的各连续区间之间是否存在相连通的区间，并将相邻行上相连通的连续区间合并，据此得到图像上的各连通域。
[0025]所述步骤(21)具体为：
[0026]遍历提取图像中像素值超过设定阈值的像素点，并将提取的某行上某一像素点相邻的上下左右四个像素点的像素值与设定阈值对比；
[0027]若像素点相邻的左侧像素点的像素值小于设定阈值，则认为该像素点为左边界；若像素点相邻的右侧像素点的像素值小于设定阈值，则认为该像素点为右边界；由此得到该行的一个连续区间。
[0028]所述步骤(2)中，提取图像上各连通区域的边界点集，并分别求取各边界点的亚像素坐标；所述亚像素坐标求取如下：
[0029]其中某一边界点a
t
的坐标为(x
t
,y
t
)，其像素值为v
t
，θ为设定阈值；则求取其亚像素坐标(x
t
′
,y
t
′
)，具体为：
[0030]对于x
t
′
：
[0031]若a
t
为左边界点，记录与其左侧相邻的像素点的像素值为v
tl
，则x
t
′
＝x
t
–
(v
t
‑
θ)/(v
t
‑
v
tl
)；
[0032]若a
t
为右边界点，记录与其右侧相邻的像素点的像素值为v
tr
，则x
t
′
＝x
t
+(v
t
‑
θ)/(v
t
‑
v
tr
)；
[0033]对于y
t
′
：
[0034]若v
tu
>v
td
，则y
t
′
＝y
t
+(v
t
‑
θ)/(v
t
‑
v
td
)，其中，v
td
为a
t
下侧相邻的像素点的像素值；
[0035]若v
tu<
v
td
，y
t
′
＝y
t
‑
(v
t
‑
θ)/(v
t
‑
v
tu
)，其中，v
tu
为a
t
上侧相邻的像素点的像素值。
[0036]若v
tu
＝v
td
，y
t
′
＝y
t
。
[0037]根据计算得到的各连通区域的所有边界点的亚像素坐标得到各连通区域新的边界点集，并据此使用最小二乘法进行椭圆拟合得到椭圆中心点的坐标及椭圆的长半轴a和短半轴b，定义阈值t，若|a
‑
b|<t，则认为对应的连通区域是圆形；否则不是圆形，则定义圆
形的半径为r＝a，遍历所述图像得到相应的半径和圆心点的集合，即为最终的圆形标记本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：包括步骤：(1)通过相机采集包含圆形标记物的图像；(2)提取第一帧图像上各连通区域并进行拟合得到各圆形标记物，据此得到第一帧图像上各圆形标记物的位置及其对应半径；(3)提取第二帧图像上各圆形标记物的位置；(4)根据当前帧图像的上两帧图像之间各圆形标记物的位置得到各圆形标记物的运动向量，并据此结合上一帧图像上的各圆形标记物的位置计算得到当前帧图像上各圆形标记物的预测位置。2.根据权利要求1所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述步骤(4)中，根据步骤(2)和步骤(3)得到相邻帧图像之间各圆形标记物的运动向量，并据此结合上一帧图像上的各圆形标记物的位置计算得到当前帧图像上各圆形标记物的预测位置。3.根据权利要求1或2所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述步骤(4)中在计算得到当前帧图像上各圆形标记物的预测位置后在以所述预测位置为基准分别进行扩展得到的扩展区域内查找得到当前帧图像上各圆形标记物的位置，后续帧图像均按照此步骤进行计算与查找得到各圆形标记物的位置，据此得到各圆形标记物的连续跟踪过程。4.根据权利要求3所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述扩展区域为以各圆形标记物的预测位置为基准，以其自身对应半径分别进行扩展得到。5.根据权利要求3所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：还包括步骤(5)，若在某一帧图像中按照步骤(4)查找不到圆形标记物的位置，则返回步骤(1)或者扩大扩展区域进行查找。6.根据权利要求5所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述步骤(5)中扩大扩展区域进行查找具体为：(51)若存在某一帧图像中查找不到反光球的位置，将该帧图像中各反光球的预测位置处以扩展半径R＞r进行扩展得到扩展区域，并进行查找；(52)若经过第i次扩展后还查找不到该帧图像中的各反光球的位置，则以大于前一次扩展半径的扩展半径进行扩展得到扩展区域，并在该区域内进行查找；(53)判断扩展半径是否达到设定阈值时，若该帧图像中还查找不到各反光球的位置，则停止查找，返回步骤(1)。7.根据权利要求1所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述第二帧图像上各圆形标记物的位置获取方式与所述第一帧图像上各圆形标记物的位置获取方式相同。8.根据权利要求1所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述第二帧图像中各圆形标记物的位置获取方式为在以所述第一帧图像上各圆形标记物的位置为基准，以其自身半径进行扩展得到的扩展区域内进行查找。9.根据权利要求3所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述查找方式与所述步骤(2)中提取各圆形标记物的位置方式一致。10.根据权利要求1所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述圆形标记物采用反光球。11.根据权利要求1所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述步骤
(2)提取图像上各连通区域具体为：采用阈值法对图像进行遍历提取得到图像上各连通区域。12.根据权利要求11所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：具体为：(21)从第2行至倒数第2行，对每一行的第2个像素点至倒数第2个像素点采用阈值法进行行遍历提取，得到各行的连续区间；(22)查找相邻行的各连续区间之间是否存在相连通的区间，并将相邻行上相连通的连续区间合并，据此得到图像上的各连通域。13.根据权利要求12所述的图像中圆形标记物的识别定位方法，其特征在于：所述步骤(21)具体为：遍历提取图像中像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：程敏，龚肖，周宁玲，刘娟娟，刘凯，仇耀宗，
申请(专利权)人：南京佗道医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：