CN104636779B - 环形码标识识别*** - Google Patents
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Abstract
一种环形码标识识别***，可用于计算机视觉领域中对环境中大量标识进行快速识别。包括标识***和图像采集处理***，标识***包含很多标识，标识为环形码图形，由一系列同心圆环构成，圆环的宽度相同，但是内径由内向外呈等差数列变化，各层圆环的颜色和背景的颜色可任意选取；图像采集处理***采集到含有环形码的图像，只需沿同一方向顺序扫描整个图像，即可得到图像中所有环形码标识的颜色信息，图像处理计算量小，可实现大量标识的快速识别。
Description
技术领域
本发明涉及一种环形码标识识别***，可用于计算机视觉领域中对环境中大量标识进行快速识别。
背景技术
在计算机视觉领域，尤其是增强现实领域中，对环境中的标识的图像分析可以提供图像采集设备（如摄像机）的相对位置和相对姿态信息。
目前常采用一类光学标识，主动发出光线，通过闪烁进行标识识别，但这要求连续采集图像序列，且主动发光设备需消耗电力。
另有一种标识***，标识采用的是二维图形（如二维码或其他图形），在图像处理时必须先找到图形边缘，然后再识别内部图案；当二维图形非正对摄像机时，图形需要旋转一定角度，还需要校正比例和二维透视畸变，需要进行大量的矩阵变换，导致识别算法更加复杂。因此，二维图形标识主要用于近距离，小数量的应用场合。
基于上述现有方案的不足之处，为了开发出可对大量标识进行快速识别的标识识别***，本发明提出了环形码标识识别***。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足之处，所要解决的技术问题是：对采样得到的图形仅通过顺序扫描即可识别出标识编码，而不需要矩阵变换，因而计算量很小，可在短时间内识别大量标识。
本发明主要通过以下技术方案实施。
一种环形码标识识别***，包括标识***和图像采集处理***，标识***包含很多标识，标识为环形码图形，由一系列同心圆环构成，圆环的宽度相同，内径由内向外呈等差数列变化，各层圆环的颜色和背景的颜色可任意选取，环形码被印刷在标志板上，或通过平面显示器显示出来；图像采集处理***采集到含有环形码的图像，不论环形码在图像中的投影形状如何变化，只需沿同一方向顺序扫描整个图像数据，即可得到图像中所有环形码标识的颜色信息，通过查表得到标识的编号，从而进行大量标识的快速识别。
作为优选，各层圆环的颜色和背景的颜色可从从黑、白、红、绿、蓝、青、品、黄八种标准颜色中选取。关于八种标准色的RGB数值定义如下：黑（0,0,0）、白（255,255,255）、红（255,0,0）、绿（0,255,0）、蓝（0,0,255）、青（0,255,255）、品（255,0,255）、黄（255,255,0）。在图像处理时，考虑到光线和摄像机导致的色差，可将以上色彩的容忍度适当放宽。
作为优选，标识的最外环为识别环，背景和最外环的颜色不同，次外环和最外环的颜色也不同，从而有助于确定最外环的位置，通过确定进入段宽度和退出段的宽度，确定该环形码的透视畸变程度，然后对数据进行一维线性校正即可，从而提高了斜视环形码的识别成功率。
作为优选，为了防止偏心扫描的误判，在一定局部区域内，扫描得到的所有颜色编码中，只有优先级最高的标识可以被承认，其余都应被认为无效。优先级的定义有两个方面：第一，识别出的编码位数越多，优先级越高；第二，若识别出的编码位数一样，则编码的顺序变化次数越多，优先级越高。
作为优选，如果视野中有两个相同的环形码标识，则扫描结果存在疑问，可根据环形码大小进行距离的粗略判断，从而消除奇异解。
本发明的有益效果是。
1）只需按统一方向，对整个图像进行线性扫描，就能读取多有标识的颜色编码，大大降低了图像处理计算量。
2）当采集到的标识图像存在透视畸变时，进入段和退出段宽度将明显不同，此时只需要根据畸变系数对数据进行一维线性校正即可，计算量较小。
3）引入红、绿、蓝、青、品、黄六种标准色作为可选颜色，与其他方案只采用黑白两色相比，在更少的编码位里能获得更多的编码数量。
附图说明
图1是对多个黑白双色环形码的混合图像处理示意图。
图2是环形码的结构示意图。
图3是以1倍环宽d作为中心圆直径的环形码示意图。
图4是以1倍环宽d作为中心圆半径的环形码示意图。
图5是2进制4位编码的16种编码结果表格。
图6是对2进制环形码扫描得到的采样图形。
图7是过心扫描和偏心扫描的不同结果示意图。
图中示意元素及编号：背景1、最外环2，次外环3。
具体实施方式
下面通过实施例，结合附图，对本发明的技术方案进行进一步具体的说明：
图1描述了一个对包含5个黑白双色环形码的图像进行处理的情况，这些环形码的透视变形、斜视角度、长轴方向、长轴大小都不相同，但都可以通过水平方向的顺序扫描得到其中的颜色码信息，从根本上降低了图像处理的计算量，提高了识别速度。
图2画出了一个标准环形码的结构图。它由背景（1），最外环（2），次外环（3）和其他内部环构成，各层圆环的颜色和背景（1）的颜色可任意选取。例如可从从黑、白、红、绿、蓝、青、品、黄八种标准颜色中选取，如果选择n种颜色作为备选色，则这个颜色编码***就是n进制编码***。
图3画出了一个以1倍环宽d作为中心圆直径的环形码。即根据内径由内向外呈等差数列变化的原则，由内向外圆形的直径分别为d，3d，5d，7d，9d，11d。由内向外，环形编号分别为A、B、C、D、E、F，背景编号为G，每个编号对应的颜色可独立选取。
图4画出了一个以1倍环宽d作为中心圆半径的环形码。即根据内径由内向外呈等差数列变化的原则，由内向外圆形的直径分别为2d，4d，6d，8d，10d，12d。由内向外，环形编号分别为A、B、C、D、E、F，背景编号为G，每个编号对应的颜色可独立选取。
图5画出了一个2进制4位编码环形码***。可以看到A、B、C、D四个环，每个环可以选取颜色码1或颜色码0，因此共有16种编码结果。
图6画出了对一个2进制环形码扫描得到的采样图形。最外环（2）进入点像素坐标为m，最外环（2）退出点像素坐标为n，最外环（2）进入点和退出点之间的像素宽度记为环形码跨度D。进入段宽度为d1，退出段宽度为d2。
具体实施例1。
假定采用2进制编码，即从黑、白、红、绿、蓝、青、品、黄八种标准颜色中选取2种颜色作为备选色，本实施例选取黑和白，并定义黑为二进制编码1，白为二进制编码0。定义背景（1）色为0，最外环（2）色为1，次外环（3）色为0，即识别环的识别码为010。
对图像中的一行像素，由左向右进行线性扫描，待第一次搜索到识别码010，将该环的宽度记为进入段宽度d1，然后继续向后扫描，直到搜索到第二个识别码010，将该环的宽度记为退出段宽度d2。
若d1=d2，则直接对内部进行颜色码识别即可。
若d1≠d2，则需对内部数据段进行透视一维线性校正。假定最外环（2）进入点像素坐标为m，最外环（2）退出点像素坐标为n，环形码跨度D=n-m，则对于坐标为i的像素点，校正系数fi的计算方法如下。
fi=[d2×D/(d1-d2)+D]/ [d2×D/(d1-d2)+n-i]。
然后对内部数据段的所有像素点i，将像素宽度1乘以fi，之后再进行内部颜色识别。例如识别出连续白色像素点为20个（i=x~x+19），透视校正之前本段白色码宽度dw=20。
而透视校正之后的白色码的宽度dw如下。
dw=∑fi，（i= x~x+19）。
之后再计算白色码段位数width=dw/d1，如果width=1，则白色识别为一位0；如果width=2，则白色码识别为两位00；依此类推。其余颜色码的识别机制类似，不再赘述。经过上述图像处理方法，最终得到识别码内部的所有颜色码。
分析内部颜色码，若不符合中心对称原则，则证明进入点和退出点之间并非环形码的全部，则向后搜索下一个退出点n，之后重复内部颜色码识别过程。
若内部颜色码符合中心对称原则，则进一步分析该颜色码的优先级。根据优先级判定规则，优先级数p的计算公式为p=c+v，其中：c为内部颜色码位数，v为内部颜色码顺序变化次数。
如图7所示的例子中，三次顺序扫描中，有两次是偏心扫描，因而得到了与过心扫描不同的颜色码。第一次偏心扫描的颜色码为0101001010，则内部颜色码为1001，符合中心对称原则，c=4，v=2，则p=6；第二次偏心扫描的颜色码为01010101010，则内部颜色码为10101，符合中心对称原则，c=5，v=4，则p=9；过心扫描的颜色码为010101101010，则内部颜色码为101101，符合中心对称原则，c=6，v=4，则p=10。以上三次扫描中，只有过心扫描可以获得最高的优先级数，且过心扫描得到的是正确的颜色码。这个例子说明，过心扫描比偏心扫描能获得更高的优先级数，因此，在一定局部区域内（如2倍D范围之内），若存在两个以上符合中心对称原则的颜色码，则可通过比较优先级，淘汰掉优先级低的错误颜色码。
具体实施例2。
若采用8进制编码，即将黑、白、红、绿、蓝、青、品、黄八种标准颜色都作为备选色。同时，令背景色为白，最外环为黑，次外环为白，定义黑色编码为1，白色编码为0，即识别环的识别码为010。在次外环内部，还有3个环，则编码方式有83=512种，完全可以满足一般场合的室内定位定姿应用了。因此，本实施例用5层环形码，就实现了512种组合方式，5层环形码结构简单，在很远的距离也能被识别出来，透视畸变小，因此非常适合在较大的场景中使用。
将红、绿、蓝、青、品、黄颜色的编码依次定义为2、3、4、5、6、7。下面举一个8进制编码的实例：背景色为白色0，由外向内，环形颜色依次为：1，0，2，5，7。则顺序扫描得到的颜色码为01025752010，识别环内部的编码为25752，颜色码信息为257；
以上对本发明实施例的多种选型方案进行了描述，但是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的设计思想和构思的基础上仍可以作出其他变型或者改型，应当说，这样一些变型或改型都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种环形码标识识别***，包括标识***和图像采集处理***，其特征是：标识***包含很多标识，标识为环形码图形，由一系列同心圆环构成，圆环的宽度相同，内径由内向外呈等差数列变化，各层圆环的颜色和背景(1)的颜色可任意选取，其中标识的最外环(2)为识别环，背景(1)和最外环(2)的颜色不同，次外环(3)和最外环(2)的颜色也不同，从而有助于确定最外环(2)的位置，通过确定进入段和退出段的宽度，确定该环形码的透视畸变程度，然后对数据进行一维线性校正，得到识别码内部颜色码；为了防止偏心扫描的误判，在一定局部区域内，扫描得到的所有颜色编码中，只有优先级最高的标识可以被承认，其余都应被认为无效；
环形码被印刷在标志板上，或通过平面显示器显示出来；图像采集处理***采集到含有环形码的图像，只需沿同一方向顺序扫描整个图像，即可得到图像中所有环形码标识的颜色信息，通过查表得到标识的编号，从而进行大量标识的快速识别。
2.根据权利要求1所述的环形码标识识别***，其特征是：各层圆环的颜色和背景(1)的颜色可从从黑、白、红、绿、蓝、青、品、黄八种标准颜色中选取。
3.根据权利要求1所述的环形码标识识别***，其特征是：如果视野中有两个相同的环形码标识，则扫描结果存在疑问，可根据环形码大小进行距离的粗略判断，从而消除奇异解。
4.根据权利要求1所述的环形码标识识别***，其特征是：环形码识别具体方法包括以下步骤：
1)识别过程中，从左向右进行扫描，记录进入段宽度为d1，退出段宽度为d2；
2)判断d1与d2是否相等，若d1＝d2，则直接对内部进行颜色码识别；若d1≠d2，则对内部数据进行透视一维线性校正；
3)判断环形码内部颜色码是否符合中心对称原则，若不符合，则返回步骤1)重新识别；若符合，则进一步分析所述颜色码的优先级；
4)判断所述优先级的高低，优先级最高对应颜色码为正确颜色码。
5.根据权利要求1或4所述的环形码标识识别***，其特征是：所述的优先级判定规则满足以下公式：
P＝C+V
其中，P为优先级级数，C为标识码内部颜色码位数，V为内部颜色码顺序变化次数。
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