【技术实现步骤摘要】
一种基于Zernike矩和几何约束的标靶定位方法
[0001]本专利技术属于机器视觉测量领域，特别涉及一种基于自适应
Zernike
矩边缘参数阈值和标靶几何约束的标靶定位方法
。
技术介绍
[0002]利用标靶特征进行定位的方法，可以对远距离的大型建筑物振动和下沉进行测量
。
相比于传统的光纤传感技术法
、
全站仪法
、GPS
法等，该方法有着绝对低成本且具有广泛的适用范围
。
[0003]随着检测精度要求越来越高，传统的边缘提取算法无法满足高精度的要求
。Zernike
矩就是一种抗噪性能强
、
检测精度高
、
稳定性好的亚像素边缘检测算法
。
但是由于在不同场景下
Zernike
矩需要不断调整三个边缘参数阈值，一旦取值过大或者过小，则易出现较多的伪边缘以及丢失较多的目标边缘
。
传统的
Zernike
矩边缘判定方法仅利用两个阈值进行判断，即圆心到边缘像素的距离以及边缘的阶跃强度
。
传统的边缘判定方法无法满足距离远
、
视场大的测量场景，由于标靶图像像素信息较少，一旦光照等天气因素发生变化，将会产生较多的伪边缘或者边缘定位不准的情况
。
边缘定位的误差将导致标靶定位偏移的结果
。
技术实现思路
[0004]针对现有标靶定位方法的不足，本专利...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.
一种基于
Zernike
矩和几何约束的标靶定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)
采集图像：采用工业相机采集图像，并裁剪出感兴趣的区域图像；
2)
图像插值：对感兴趣的区域图像进行三倍插值，得到标靶图像；
3)
边缘参数计算：对标靶图像使用
Zernike
矩计算边缘参数：边缘阶跃强度
k、
背景灰度
h、
单位圆圆心到边缘的垂直距离
l
和边缘位置点
(x,y)
和单位圆圆心连线与
x
轴的夹角
θ
；
4)
边缘参数阈值确定：根据标靶图像上的几何信息，迭代计算边缘参数阈值；
5)
边缘提取：根据步骤
4)
获得的边缘参数阈值实现对标靶图像中边缘的检测；
6)
标靶定位：根据步骤
5)
获得的边缘计算标靶中心位置；其中，步骤
4)
具体如下：设计
Zernike
矩边缘判定条件为：
l≥l
t
∩k≤k
t
∩h
t
≤h≤h
t
+
β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
其中，
l
t
为模板的内切圆圆心到边缘的垂直距离阈值，采用大小为
N
×
N
的模板对标靶图像的像素灰度值矩阵进行卷积，并取边缘阶跃强度阈值
G
max
为步骤
2)
的标靶图像中像素的最大灰度值；
β
为灰度值范围系数，在
15
～
30
之间取值；背景灰度阈值
h
t
由二分法迭代寻找最佳直线拟合优度获得，具体如下：步骤一
、
标靶图像扇形交界处的上
、
下
、
左
、
右四条直线分别记为
l1、l2、l3、l4；步骤二
、
计算标靶图像中像素的平均灰度值
Gm
，由平均灰度值
Gm
设定二分法的上界
Gm+
γ
和下界
Gm
‑
γ
，一般
γ
取
40
；步骤三
、
设定损失函数
Ep
由直线
l1、l2上的各边缘点用最小二乘方法拟合出的直线
L
m
的拟合程度
R
sm
以及直线
l3、l4上的各边缘点用最小二乘方法拟合出的直线
L
n
的拟合程度
R
sn
相加获得，即：
Ep
＝
R
sm
+R
sn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
步骤四
、
由二分法在
[Gm
‑
γ
,Gm+
γ
]
区间内查找出损失函数
Ep
小于损失函数阈值的背景灰度阈值
h
t
，若
[Gm
‑
γ
,Gm+
γ
]
区间内损失函数
Ep
小于损失函数的搜索结果为空，则增大
γ
值或损失函数阈值，重新查找损失函数
Ep
小于损失函数阈值的背景灰度阈值
h
t
，直到找到为止
。2.
根据权利要求1所述一种基于
Zernike
矩和几何约束的标靶定位方法，其特征在于：步骤
2)
中采用
Lanczos
方法对感兴趣的区域图像进行三倍插值；
Lanczos
核的计算式为：
其中，
d
表示当前中心像素点与附近9个像素点的距离，
r
表示插值半径，
r
取值为
4。3.
根据权利要求1所述一种基于
Zernike
技术研发人员：吴小锋，陈张林，徐洪炳，宋建娜，刘洪江，岑仰润，
申请(专利权)人：杭州市城市建设投资集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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