一种适合不同相机视角的AprilTag码的布置和识别方法

文档序号:1954811 发布日期:2021-12-10 浏览:21次 >En<

阅读说明:本技术 一种适合不同相机视角的AprilTag码的布置和识别方法 (AprilTag code arrangement and identification method suitable for different camera view angles ) 是由 蔡鹏� 朱莉凯 李笑瑜 马义超 赵吉庆 杨文杰 于 2021-09-15 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种适合不同相机视角的AprilTag码的布置和识别方法,该适合不同相机视角的AprilTag码的布置方法,具体包括原始AprilTag码编码、获得缩小AprilTag码、重组AprilTag码和复合AprilTag码。本发明中,在AprilTag码中间部分设置更小的AprilTag码,原来AprilTag码中间部分的码元被移到四个角落,中间左上角的码元和原来AprilTag码形成八边形,中间和外部区域共增加5个面积更小的AprilTag码;当视角远时,识别八边形区域所对应的AprilTag码,当视角近时,识别原来AprilTag码中间和外部四周的5个区域中某个AprilTag码,适应远近不同相机视角的AprilTag码识别任务,便于识别和使用。(The invention discloses an April Tag code arrangement and identification method suitable for different camera view angles, and the April Tag code arrangement method suitable for different camera view angles specifically comprises the steps of encoding an original April Tag code, obtaining a reduced April Tag code, recombining the April Tag code and a composite April Tag code. In the invention, a smaller April tag code is arranged in the middle part of the April tag code, the code element of the middle part of the original April tag code is moved to four corners, the code element of the middle upper left corner and the original April tag code form an octagon, and 5 April tag codes with smaller areas are added in the middle and the outer area; when the visual angle is far, certain April Tag codes in 5 areas in the middle and the periphery outside the original April Tag codes are identified, so that the April Tag code identification task is adapted to April Tag code identification tasks of different camera visual angles at far and near positions, and the April Tag codes are convenient to identify and use.)

一种适合不同相机视角的AprilTag码的布置和识别方法

技术领域

本发明涉及计算机视觉定位技术领域,特别涉及一种适合不同相机视角的AprilTag码的布置和识别方法。

背景技术

AprilTag是一个视觉基准库,在AR、机器人、相机校准领域广泛使用。通过特定的标志(与二维码相似,但是降低了复杂度以满足实时性要求),可以快速地检测标志,并计算相对位置。

AprilTag内容主要包含三个部分:第一部分是如何根据梯度检测出图像中的各种边缘;第二部分即如何在边缘图像中找出需要的四边形图案并进行筛选,AprilTag尽可能的对检测出的边缘检测,首先剔除非直线边缘,在直线边缘进行邻接边缘查找,最终若形成闭环则为检测到一个四边形;第三部分便是如何进行二维码编码和二维码解码,编码方式通常分为三种,即Tag36h11、Tag25h9和Tag16h5,一个编码的码元对应一个色块,三种编码方式的最外面黑边的色块长度分别为8、7、6个色块长度,三种编码方式的所有码元对应色块的总数分别为66、55、44;对于解码内容,要在检测到的四边形内生成点阵列用于计算每色块的值,再根据局部二值模式(Local Binary Patterns)构造简单分类器对四边形内的色块进行分类,将正例色块编码为1,将负例色块编码为0,就可以得到该二维码的编码,得到编码以后再与已知库内的编码进行匹配,确定解码出的二维码是否为正确。

但是,现有的AprilTag码技术,难以适应远近不同相机视角的AprilTag码识别任务,影响识别和使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明可以解决现有AprilTag码技术,难以适应远近不同相机视角的AprilTag码识别任务,影响识别和使用的难题。

(二)技术方案

为了实现上述目的,第一方面,本发明采用以下技术方案,一种适合不同相机视角的AprilTag码的布置方法,具体包括以下步骤:

S11、原始AprilTag码编码,获得一原始AprilTag码,对原始AprilTag码的四个顶点进行标记,并按照从左到右和从上到下的顺序,对原始AprilTag码中的码元进行依次编号;

S12、获得缩小AprilTag码,另外获得五个不同编码类型的原始AprilTag码,将五个不同编码类型的原始AprilTag码的尺寸等比例缩小,获得五个不同编码类型的缩小AprilTag码;

S13、重组AprilTag码,原始AprilTag码中,处于最中部的四个码元,按照所处位置相对应的方式,分别移动至原始AprilTag码的四个顶点部位,保持一个移动后的一个码元与原始AprilTag码的顶点相连,构成八边形,并在初始最中部四个码元部位,填充一个缩小的AprilTag码,获得重组AprilTag码;

S14、复合AprilTag码,在获得的重组原始AprilTag码的上、下、左和右四个方位,分别填充另四个不同编码类型的缩小AprilTag码,即获得复合AprilTag码。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S11和S12中,原始AprilTag码分别设置为Tag36h11的AprilTag码。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S11中,原始AprilTag码编码的具体方式为:原始AprilTag码的左上、左下、右下、右上顶点分别标记为O、B、C、D,其所有码元按照从左到右和从上到下的顺序,从1到36依次编号,左上角、右上角、左下角和右下角的码元编号分别为1、6、31、36,最中部的四个码元的左上角、右上角、左下角、右下角码元的编号分别为15、16、21、22。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S13中,重组AprilTag码的具体方式为:原始AprilTag码中间区域左上角的码元15移到顶点O的左上方,码元15的原来区域置为白色,码元15右下顶点与原始AprilTag码的左上顶点O重合,在线段OB和OD上分别取点A和E,在四边形OBCD外部取点G、H、F,点G、H、A、O、E、F依次是多边形GHAOEF的顶点,码元15的新区域在多边形GHAOEF内部,线段GH、HA、EF、FG比线段AB和ED短,点G、H、A、B、C、D、E、F依次是八边形GHABCDEF的顶点;原始AprilTag码的码元21、22、16分别移到八边形GHABCDEF的顶点B、C、D的左下方、右下方、右上方,中间四个码元15、21、22、16的原来区域全置为白色,八边形GHABCDEF包含除码元21、22、16之外其他的33个码元,并在四个码元15、21、22、16的原始部位,填充一个缩小AprilTag码。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S14中,复合AprilTag码中,包括一个原始AprilTag码和五个不同编码类型的缩小AprilTag码,总共含有六个AprilTag码。

第二方面,本发明另提供一种适合不同相机视角的AprilTag码的识别方法,具体包括以下步骤:

S21、相机视角远检测模式,检测出八边形,根据凸顶点邻域的白色像素多而凹顶点邻域的黑色像素多的规则,判断八边形的八个顶点的凹凸性,若八个顶点凹凸性依次为凸、凸、凹、凸、凸、凸、凹、凸,则进入下一步骤,否则继续检查下一八边形,所有八边形都检测完毕,未发现依次为凸、凸、凹、凸、凸、凸、凹、凸的凹凸性,则转入相机视角近检测模式;

S22、以步骤S21的八边形的两个凹顶点连线为分界线,一旁的三个凸顶点和两个凹顶点构成边的长度和为l1,另一旁的三个凸顶点和两个凹顶点构成边的长度和为l2,若l1和l2的最小值与l1和l2的最大值的比值小于阈值0.5,则进入下一步骤,否则继续检查下一八边形,所有八边形都检测完毕,未发现l1和l2的最小值与l1和l2的最大值的比值小于阈值0.5,则转入相机视角近检测模式;

S23、以步骤S22中边的长度和大的一旁的三个凸顶点为要检测的AprilTag码的三个顶点,选择八边形的两个不相邻的凸顶点,一个凹顶点与一个凸顶点相邻,并连线获得第一线段,另一个凹顶点与另一凸顶点相邻,并连接获得第二线段,由第一线段和第二线段的延长线的交点,得到AprilTag码的另一个顶点,AprilTag码中间原来的四个码元的值由其对应方向上的顶点的码元值代替,AprilTag码其他32个码元按照原来的方法进行计算,最后,计算得到八边形对应的AprilTag码的码值;

S24、相机视角近检测模式,检测出四边形,按照AprilTag码检测和计算,确定步骤S22的八边形的中间和四周的5个区域中某个区域的AprilTag码的码值。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤23中,其具体的检测方式为,以步骤S22中边的长度和大的一旁的三个凸顶点为要检测的AprilTag码的三个顶点B、C、D,B和D是八边形的两个不相邻的凸顶点,凹顶点A与凸顶点B相邻,凹顶点E与凸顶点D相邻,由线段AB和ED的延长线的交点得到AprilTag码的另一个顶点O,AprilTag码中间原来的四个码元的值由其对应方向上的顶点O左上方、顶点B左下方、顶点C右下方、顶点D右上方的码元值代替,AprilTag码其他32个码元按照原来的方法进行计算,最后,计算得到八边形对应的AprilTag码的码值。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S24中,AprilTag码检测和计算具体为:按照编码方式为Tag36h11的AprilTag码检测和计算。

(三)有益效果

1.本发明适合不同相机视角的AprilTag码的布置方法,具体包括原始AprilTag码编码、获得缩小AprilTag码、重组AprilTag码和复合AprilTag码等步骤,在AprilTag码中间部分设置更小的AprilTag码,原来AprilTag码中间部分的码元被移到四个角落,中间左上角的码元和原来AprilTag码形成八边形,中间和外部区域共增加5个面积更小的AprilTag码,便于后续的识别;

2.本发明提供的适合不同相机视角的AprilTag码的识别方法,当视角远时,识别八边形区域所对应的AprilTag码,当视角近时,识别原来AprilTag码中间和外部四周的5个区域中某个AprilTag码,更加方便相机的识别,方便使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为适合不同视角的AprilTag码布置方法示意图(有编号);

图2为适合不同视角的AprilTag码布置方法示意图(无编号);

图3为编码方式为Tag36h11的AprilTag码示意图;

图4为AprilTag码的码元15移到左上角构成八边形示意图;

图5为AprilTag码的码元21、22、16移到八边形的外部示意图;

图6为AprilTag码的中间、外部四周的5个区域增加面积更小的5个AprilTag码示意图;

图7为适合不同视角的AprilTag码布置示意图(无编号)。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。

因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

实施例1

如图1至图7所示,第一方面,本发明采用以下技术方案,一种适合不同相机视角的AprilTag码的布置方法,具体包括以下步骤:

S11、原始AprilTag码编码,获得一原始AprilTag码,对原始AprilTag码的四个顶点进行标记,并按照从左到右和从上到下的顺序,对原始AprilTag码中的码元进行依次编号;

S12、获得缩小AprilTag码,另外获得五个不同编码类型的原始AprilTag码,将五个不同编码类型的原始AprilTag码的尺寸等比例缩小,获得五个不同编码类型的缩小AprilTag码;

S13、重组AprilTag码,原始AprilTag码中,处于最中部的四个码元,按照所处位置相对应的方式,分别移动至原始AprilTag码的四个顶点部位,保持一个移动后的一个码元与原始AprilTag码的顶点相连,构成八边形,并在初始最中部四个码元部位,填充一个缩小的AprilTag码,获得重组AprilTag码;

S14、复合AprilTag码,在获得的重组原始AprilTag码的上、下、左和右四个方位,分别填充另四个不同编码类型的缩小AprilTag码,即获得复合AprilTag码。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S11和S12中,原始AprilTag码分别设置为Tag36h11的AprilTag码。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S11中,原始AprilTag码编码的具体方式为:原始AprilTag码的左上、左下、右下、右上顶点分别标记为O、B、C、D,其所有码元按照从左到右和从上到下的顺序,从1到36依次编号,左上角、右上角、左下角和右下角的码元编号分别为1、6、31、36,最中部的四个码元的左上角、右上角、左下角、右下角码元的编号分别为15、16、21、22。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S13中,重组AprilTag码的具体方式为:原始AprilTag码中间区域左上角的码元15移到顶点O的左上方,码元15的原来区域置为白色,码元15右下顶点与原始AprilTag码的左上顶点O重合,在线段OB和OD上分别取点A和E,在四边形OBCD外部取点G、H、F,点G、H、A、O、E、F依次是多边形GHAOEF的顶点,码元15的新区域在多边形GHAOEF内部,线段GH、HA、EF、FG比线段AB和ED短,点G、H、A、B、C、D、E、F依次是八边形GHABCDEF的顶点;原始AprilTag码的码元21、22、16分别移到八边形GHABCDEF的顶点B、C、D的左下方、右下方、右上方,中间四个码元15、21、22、16的原来区域全置为白色,八边形GHABCDEF包含除码元21、22、16之外其他的33个码元,并在四个码元15、21、22、16的原始部位,填充一个缩小AprilTag码。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S14中,复合AprilTag码中,包括一个原始AprilTag码和五个不同编码类型的缩小AprilTag码,总共含有六个AprilTag码。

第二方面,本发明另提供一种适合不同相机视角的AprilTag码的识别方法,具体包括以下步骤:

S21、相机视角远检测模式,检测出八边形,根据凸顶点邻域的白色像素多而凹顶点邻域的黑色像素多的规则,判断八边形的八个顶点的凹凸性,若八个顶点凹凸性依次为凸、凸、凹、凸、凸、凸、凹、凸,则进入下一步骤,否则继续检查下一八边形,所有八边形都检测完毕,未发现依次为凸、凸、凹、凸、凸、凸、凹、凸的凹凸性,则转入相机视角近检测模式;

S22、以步骤S21的八边形的两个凹顶点连线为分界线,一旁的三个凸顶点和两个凹顶点构成边的长度和为l1,另一旁的三个凸顶点和两个凹顶点构成边的长度和为l2,若l1和l2的最小值与l1和l2的最大值的比值小于阈值0.5,则进入下一步骤,否则继续检查下一八边形,所有八边形都检测完毕,未发现l1和l2的最小值与l1和l2的最大值的比值小于阈值0.5,则转入相机视角近检测模式;

S23、以步骤S22中边的长度和大的一旁的三个凸顶点为要检测的AprilTag码的三个顶点,选择八边形的两个不相邻的凸顶点,一个凹顶点与一个凸顶点相邻,并连线获得第一线段,另一个凹顶点与另一凸顶点相邻,并连接获得第二线段,由第一线段和第二线段的延长线的交点,得到AprilTag码的另一个顶点,AprilTag码中间原来的四个码元的值由其对应方向上的顶点的码元值代替,AprilTag码其他32个码元按照原来的方法进行计算,最后,计算得到八边形对应的AprilTag码的码值;

S24、相机视角近检测模式,检测出四边形,按照AprilTag码检测和计算,确定步骤S22的八边形的中间和四周的5个区域中某个区域的AprilTag码的码值。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤23中,其具体的检测方式为,以步骤S22中边的长度和大的一旁的三个凸顶点为要检测的AprilTag码的三个顶点B、C、D,B和D是八边形的两个不相邻的凸顶点,凹顶点A与凸顶点B相邻,凹顶点E与凸顶点D相邻,由线段AB和ED的延长线的交点得到AprilTag码的另一个顶点O,AprilTag码中间原来的四个码元的值由其对应方向上的顶点O左上方、顶点B左下方、顶点C右下方、顶点D右上方的码元值代替,AprilTag码其他32个码元按照原来的方法进行计算,最后,计算得到八边形对应的AprilTag码的码值。

作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤S24中,AprilTag码检测和计算具体为:按照编码方式为Tag36h11的AprilTag码检测和计算。

需要说明的是,其他编码方式的AprilTag码类似。

综上所述,该适合不同相机视角的AprilTag码的布置方法,具体包括原始AprilTag码编码、获得缩小AprilTag码、重组AprilTag码和复合AprilTag码等步骤,在AprilTag码中间部分设置更小的AprilTag码,原来AprilTag码中间部分的码元被移到四个角落,中间左上角的码元和原来AprilTag码形成八边形,中间和外部区域共增加5个面积更小的AprilTag码,便于后续的识别;该适合不同相机视角的AprilTag码的识别方法,当视角远时,识别八边形区域所对应的AprilTag码,当视角近时,识别原来AprilTag码中间和外部四周的5个区域中某个AprilTag码,更加方便相机的识别,方便使用。

原来AprilTag码中间部分的码元移到四周,实现码元总数不变和增加少量额外区域的前提下,保证原来AprilTag码的单个码元面积不变以适合远视角的识别,中间部分放置面积更小的AprilTag码以适合近视角的识别;在原来AprilTag码外部四周增加的4个面积更小的AprilTag码,充分利用上述八边形的边缘区域,同时,扩大了视角比较近时的AprilTag码识别区域。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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