CN113129394A - 一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志及其编码方法 - Google Patents

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CN113129394A CN202110392310.2A CN202110392310A CN113129394A CN 113129394 A CN113129394 A CN 113129394A CN 202110392310 A CN202110392310 A CN 202110392310A CN 113129394 A CN113129394 A CN 113129394A
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Abstract

本发明公开了一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志及其编码方法，主要包括以下步骤：记正整数e为所述平行四边形编码标志的编码号；建立编码号为e对应的平行四边形编码标志的编码坐标系oe‑XeYeZe；将编码号为e对应的平行四边形编码标志划分为6个编码区域，编码号为e对应的平行四边形编码标志中每个编码区域内均包含2个编码标志图案；对码标志内的6个编码区域进行编号；对编码标志内的6个编码区域的每个角点进行编码。本发明的将平行四边形编码标志分割为六个区域进行编码，对于仿射变换的图像也有较高的处理精度；平行四边形编码标志信息容量大，其四个角点可实现亚像素级图像坐标提取，且编码图案简单，易于数字图像处理。

Description

一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志及其编码方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉中的视觉测量领域，适用于相机标定、目标特征提取、立体匹配和三维数据拼接等领域，具体为一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志的编码方法。
背景技术
随着现代工业的发展，为提高产品质量和产品效益，解决大尺寸和小尺寸及复杂背景的测量问题，视觉测量技术顺应而生。视觉测量技术具有非接触、不易受温度变化和振动的影响、高精度、便携性好等特点。在视觉测量领域中，大视场、复杂背景下的相机标定困难，以及大尺寸目标如何实现立体匹配和三维数据拼接等问题仍是研究热点。
为有效解决上述问题，编码标记点技术飞速发展，出现的编码标志点类型很多，但大多都为环形、圆形或扇形等，而这些编码标记点在面对仿射变换图像，或大尺寸目标三维拼接时，不能保证结果的准确度和精确度，在编码和编码过程中也存在很多难点，不易于数字图像处理。因此，本发明提出的一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志的编码方法，有效弥补了以上缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志的编码方法，以克服现有技术的不足，利用分割区域进行编码工作的方法，在保持精确度和准确度的情况下，仍能应对大视场、复杂背景下的相机标定，以及大尺寸目标的立体匹配和三维数据拼接。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志的编码方法，主要包括以下步骤：
步骤1、记正整数e为所述平行四边形编码标志的编码号，且e∈[0,4095]；
步骤2、建立编码号为e对应的平行四边形编码标志的编码坐标系oe-XeYeZe；
步骤3、将编码号为e对应的平行四边形编码标志划分为6个编码区域，编码号为e对应的平行四边形编码标志中每个编码区域内均包含2个编码标志图案；
步骤4、对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域进行编号；
步骤5、对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域的每个角点进行编码。
进一步的，步骤3中，编码号为e对应的平行四边形编码标志的区域划分具体方法包括依以下步骤：
步骤3.1、记编码号为e对应的平行四边形编码标志内的定位圆质心的坐标为ol,e(xl,e,yl,e,0)，编码号为e对应的平行四边形编码标志内的定向圆环质心的坐标为od,e(xd,e,yd,e,0)；将距离定位圆质心ol,e最近的两个顶点分别记为Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)和Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)；
步骤3.2、分别根据以下算式计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志内的方向向量
Figure BDA0003017199930000021
和顶点向量
Figure BDA0003017199930000022
Figure BDA0003017199930000023
Figure BDA0003017199930000024
步骤3.3、记过定位圆质心ol,e且平行于顶点向量
Figure BDA0003017199930000025
的直线为l1,e，过定向圆环质心od,e且平行于顶点向量
Figure BDA0003017199930000026
的直线为l2,e，记通过定位圆质心ol,e和定向圆环质心od,e的直线为l3,e，则直线l3,e、直线l1,e与直线l2,e可将编码号为e对应的平行四边形编码标志划分为6个编码区域。
进一步的，步骤4中，编码号为e对应的平行四边形编码标志的编码区域进行编号的具体方法包括依以下步骤：
步骤4.1、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，由以下算式分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第一判断向量
Figure BDA0003017199930000027
和第二判断向量
Figure BDA0003017199930000028
Figure BDA0003017199930000029
Figure BDA00030171999300000210
步骤4.2、由以下算式分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志内的区域划分第一向量
Figure BDA00030171999300000211
和区域划分第二向量
Figure BDA00030171999300000212
Figure BDA00030171999300000213
Figure BDA00030171999300000214
步骤4.3、根据区域划分第一向量
Figure BDA00030171999300000215
和区域划分第二向量
Figure BDA00030171999300000216
的方向情况确定顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000217
或第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000218
对应地确定顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)为第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000219
或第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000220
步骤4.4、将第1编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000031
所在的编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域，将第6编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000032
所在的编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第6编码区域；
步骤4.5、将编码号为e对应的平行四边形编码标志的第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向，依次将编码号为e对应的平行四边形编码标志中的6个编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志的第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域。
进一步的，步骤5中，对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域的每个角点进行编码的方法包括以下步骤：
步骤5.1、将编码号为e对应的平行四边形编码标志中，第σ编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l1e的距离记为
Figure BDA0003017199930000033
第π编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l2,e的距离记为
Figure BDA0003017199930000034
第θ号编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure BDA0003017199930000035
其中σ＝1,2,5,6，π＝3,4，i＝1,2，θ＝1,2,3,4,5,6；
步骤5.2、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，根据
Figure BDA0003017199930000036
和
Figure BDA0003017199930000037
之间的大小关系，确定第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000038
和第2位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000039
其中σ＝1,2,5,6，i＝1,2，θ＝σ；
在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，根据
Figure BDA00030171999300000310
和
Figure BDA00030171999300000311
之间的大小关系，确定确定第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000312
和第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000313
其中π＝3,4，i＝1,2，θ＝π；
步骤5.3、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，将第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000314
对应的编码值记为
Figure BDA00030171999300000315
其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6，并且
Figure BDA00030171999300000316
的取值只能为0或1；
步骤5.4、对于编码号为e对应的平行四边形编码标志，记编码号e所对应的12位二进制数为we，规定
Figure BDA00030171999300000317
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数we的十二位数值，且满足式(11)，
GT·Fe＝＝e (11)
其中，列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T；且
列向量
Figure BDA00030171999300000318
步骤5.5、根据步骤5.4中确定的编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000041
所对应的编码值
Figure BDA0003017199930000042
的取值指定编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000043
的颜色，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；
步骤5.6、将位于编码号为e的平行四边形编码标志中第
Figure BDA0003017199930000044
编码区域上的角点记为编码号为e的平行四边形编码标志中第
Figure BDA0003017199930000045
编码区域的角点
Figure BDA0003017199930000046
其中
Figure BDA0003017199930000047
进一步的，在步骤5.2中，若
Figure BDA0003017199930000048
且
Figure BDA0003017199930000049
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000410
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000411
若
Figure BDA00030171999300000412
且
Figure BDA00030171999300000413
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000414
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000415
进一步的，在步骤5.2中，若
Figure BDA00030171999300000416
且
Figure BDA00030171999300000417
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000418
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000419
若
Figure BDA00030171999300000420
且
Figure BDA00030171999300000421
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000422
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000423
进一步的，在步骤5.5中，若编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000424
的编码值
Figure BDA00030171999300000425
则令编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000426
的颜色为颜色I；若
Figure BDA00030171999300000427
则令第j位编码标志图案
Figure BDA00030171999300000428
的颜色为颜色II，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6。
进一步的，所述颜色I和颜色II具有明显差异。
同时，还提供了一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以所述的编码方法。
本发明的有益效果如下：
1、本发明利用分割区域进行编码工作的方法，以平行四边形编码标志的四个顶点作为四个编码角点，结合四个编码角点利于提取和实现高精度定位的特性，从而判断各编码标志图案的颜色的方法进行编码，可实现高精度的平行四边形编码标志的定位和高精度三维点云拼接等应用，因此，面对仿射变换的图像，仍能有较好的鲁棒性和精度，且不易受复杂环境影响；
2、本发明的编码方法所采用的平行四边形编码标志中，由于设定了定向图案和定位图案，因此也能适应相机角度发生变化的情况，并得到精确的结果，同时操作简便，具有很强的灵活性；
3、本发明的编码方法所采用的平行四边形编码标志中，共有12个编码标志图案，因此共可产生4096种不同的编码，为大尺寸目标的三维数据拼接或大视场下的相机标定提供了充足的容量；同时由于编码容量较大，面对大尺寸目标的三维数据点云拼接仍能保持较高的准确性；
4、本发明的编码方法所采用的平行四边形编码标志，结构简单，操作方便，易于利用数字图像处理技术得到精确的编码信息，从而便于计算机视觉测量中实时数字图像的提取和实时平行四边形编码标志的解码算法实现。
附图说明
图1为所有编码标志图案均为白色时的平行四边形编码标志；
图2为规定向量、辅助向量及各区域的分布示意图；
图3为编码号为757对应的平行四边形编码标志示意图；
图4为本发明编码方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明所采用的平行四边形编码标志包括编码图案和平行四边形背景图案，其中，编码图案在平行四边形背景图案内。平行四边形编码标志的四个顶点作为平行四边形编码标志的四个角点，在视觉结构光三维测量过程中，平行四边形编码标志的四个角点用于对目标曲面的三维点云拼接。
所述平行四边形编码标志中的编码图案包括定位图案(如图1中所示的较大的一个白色圆形连通域)、定向图案(如图1中所示的白色圆环连通域)和编码标志图案(如图1所示的多个较小的白色圆形连通域)，其中编码标志图案又由多个编码单元图案组成。由定向图案和定位图案可实现平行四边形编码标志旋转方向的判断，编码标志图案则是用于对平行四边形编码标志的每一个角点进行编码；本实施例中，共有12个编码单元图案。
平行四边形编码标志中，定位图案的质心和定向图案的质心的连线与平行四边形编码标志的任意一条边平行，且定位图案的质心和定向图案的质心的连线的中点在平行四边形编码标志的中心位置附近处。本实施例中，在正方形编码方格内，定位图案的质心和定向图案的质心的连线的中点与正方形编码方格的质心重合。由于设定了定向图案和定位图案，因此也能适应相机角度发生变化的情况，并得到精确的结果，同时操作简便，具有很强的灵活性。
所述平行四边形编码标志中的定位图案、定向图案和编码标志图案均不重叠且不连通。所述平行四边形编码标志为长度为a且宽度为b的平行四边形，a和b均大于零；本实施例中，平行四边形编码标志的形状是边长为40毫米的正方形。在所述平行四边形编码标志中，每个编码单元图案的轮廓长度均小于定位图案的轮廓长度，定位图案的轮廓长度均小于平行四边形编码标志的轮廓长度。本实施例中，在正方形编码方格内，所有定位图案均是直径为6.5毫米的实心圆；所有定向图案均是内径为3.5毫米、外径为6.5毫米的圆环；在每个编码方格中编码单元图案共有12个，并且均是直径为3毫米的实心圆。
记平行四边形编码标志的背景颜色为颜色I，定位图案和定向图案的颜色为颜色II，而所有编码单元图案的颜色与颜色I相同或与颜色II相同，并且颜色I与颜色II具有明显差异。本实施例中，所选颜色I为黑色，颜色II为白色。所述平行四边形编码标志中，所有编码单元图案的位置和颜色可由本发明的编码方法确定。
取整数zv作为编码平面靶标中的初始编码号，根据编码平面靶标中标定角点的行数M和列数N计算确定平行四边形编码单元总数ε；本实施例中，ε＝4096；
其中zv满足公式：zv≤4096-ε；
平行四边形编码单元总数ε可以以下公式获得：
若M、N均为奇数，或M、N为一奇一偶时，则可由公式(2)计算ε：
ε＝[(M-1)(N-1)]/2+M+N；
若M、N均为偶数时，则可由公式(3)计算ε：
ε＝[(M-1)(N-1)+1]/2+M+N；
取整数变量e，并赋予其初值e＝zv；
请参阅图4，一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志的编码方法，主要包括以下步骤：
步骤1、记正整数e为所述平行四边形编码标志的编码号，且e∈[0,4095]；
本发明的编码方法所采用的平行四边形编码标志中，共有12个编码标志图案，因此共可产生4096种不同的编码，为大尺寸目标的三维数据拼接或大视场下的相机标定提供了充足的容量；同时由于编码容量较大，面对大尺寸目标的三维数据点云拼接仍能保持较高的准确性。
步骤2、建立编码号为e对应的平行四边形编码标志的编码坐标系oe-XeYeZe；
在编码号为e对应的平行四边形编码标志上任选一个顶点作为编码坐标系的原点oe，记该编码标志内由定向圆环质心Od,e指向定位圆质心Ol,e的向量为编码号为该编码标志内的方向向量
Figure BDA0003017199930000071
以由方向向量
Figure BDA0003017199930000072
的方向作为该编码标志的编码坐标系的Ye轴方向；
在编码号为e对应的平行四边形编码标志所在平面内，以该编码标志的编码坐标系的原点oe为起始点做一个与Ye轴正向相同的单位向量
Figure BDA0003017199930000073
人正视看向该编码标志时，以该编码标志的编码坐标系的原点oe为旋转中心，在该编码标志所在平面内，将单位向量
Figure BDA0003017199930000074
进行顺时针旋转90°得到旋转单位向量
Figure BDA0003017199930000075
将旋转单位向量
Figure BDA0003017199930000076
的方向作为所述编码坐标系的Xe轴方向，同时编码坐标系的Ze轴、Xe轴与Ye轴满足右手准则，以此建立编码坐标系oe-XeYeZe。本实施例中，编码坐标系o1″-XYZ如图2所示。
步骤3、将编码号为e对应的平行四边形编码标志划分为6个编码区域，使得该编码标志中每个编码区域内均包含2个编码标志图案；
区域划分具体方法包括依以下步骤：
步骤3.1、记编码号为e对应的平行四边形编码标志内的定位圆质心的坐标为ol,e(xl,e,yl,e,0)，该编码标志内的定向圆环质心的坐标为od,e(xd,e,yd,e,0)，将距离定位圆质心ol,e最近的两个顶点分别记为Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)和Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)；
步骤3.2、分别根据以下算式计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志内的方向向量
Figure BDA0003017199930000081
和顶点向量
Figure BDA0003017199930000082
Figure BDA0003017199930000083
Figure BDA0003017199930000084
步骤3.3、记过定位圆质心ol,e且平行于顶点向量
Figure BDA0003017199930000085
的直线为l1,e，过定向圆环质心od,e且平行于顶点向量
Figure BDA0003017199930000086
的直线为l2,e，记通过定位圆质心ol,e和定向圆环质心od,e的直线为l3,e，则直线l3,e、直线l1,e与直线l2,e可将编码号为e对应的平行四边形编码标志划分为6个编码区域，且该编码标志中每个编码区域内均包含2个编码标志图案。
在本实施例中，此平行四边形编码标志的编码号e＝757，设所有编码标志图案的颜色均为颜色II，则直线l3,757、直线l1,757与直线l2,757如图2所示。
步骤4、对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域进行编号；
具体方法包括依以下步骤：
步骤4.1、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，由以下算式分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第一判断向量
Figure BDA0003017199930000087
和第二判断向量
Figure BDA0003017199930000088
Figure BDA0003017199930000089
Figure BDA00030171999300000810
步骤4.2、由以下算式分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志内的区域划分第一向量
Figure BDA00030171999300000811
和区域划分第二向量
Figure BDA00030171999300000812
Figure BDA00030171999300000813
Figure BDA0003017199930000091
步骤4.3、根据区域划分第一向量
Figure BDA0003017199930000092
和区域划分第二向量
Figure BDA0003017199930000093
的方向情况确定顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000094
或第6编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000095
对应地确定顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)为第6编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000096
或第1编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000097
具体包括以下情形：
(1)若zJ1＞0且zJ2＜0，则将顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000098
且将该编码标志中包含该第1编码区域定位顶点
Figure BDA0003017199930000099
的编码区域记为该编码标志中的第1编码区域；同时将顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000910
且将该编码标志中包含该第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000911
的编码区域记为该编码标志中的第6编码区域；
(2)若
Figure BDA00030171999300000912
且
Figure BDA00030171999300000913
则将顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000914
且将该编码标志中包含该第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000915
的编码区域记为该编码标志中的第6编码区域；同时将顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000916
且将该编码标志中包含该第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000917
的编码区域记为该编码标志中的第1编码区域。
步骤4.4、将第1编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000918
所在的编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域，将第6编码区域定位顶点
Figure BDA00030171999300000919
所在的编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第6编码区域；
步骤4.5、将编码号为e对应的平行四边形编码标志的第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向，依次将编码号为e对应的平行四边形编码标志中的6个编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志的第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域。
本实施例中，在编码号为757对应的平行四边形编码标志中，将第1编码区域作为起始区域，并且将第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向，得到该编码号对应的平行四边形编码标志的第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域如图2所示。
步骤5、对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域的每个角点进行编码。
对该编码标志的每个角点进行编码的方法包括以下步骤：
步骤5.1、将编码号为e对应的平行四边形编码标志中，第σ编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l1,e的距离记为
Figure BDA0003017199930000101
第π编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l2,e的距离记为
Figure BDA0003017199930000102
第θ号编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure BDA0003017199930000103
其中σ＝1,2,5,6，π＝3,4，i＝1,2，θ＝1,2,3,4,5,6；
步骤5.2、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，根据
Figure BDA0003017199930000104
和
Figure BDA0003017199930000105
之间的大小关系，确定第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000106
和第2位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000107
其中σ＝1,2,5,6，i＝1,2，θ＝σ；具体包括以下情形：
(1)若
Figure BDA0003017199930000108
且
Figure BDA0003017199930000109
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1个编码标志图案为该编码标志内第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001010
记第σ编码区域中的第2个编码标志图案为该编码标志内第σ编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001011
(2)若
Figure BDA00030171999300001012
且
Figure BDA00030171999300001013
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2个编码标志图案为该编码标志内第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001014
记第σ编码区域中的第1个编码标志图案为该编码标志内第σ编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001015
在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，根据
Figure BDA00030171999300001016
和
Figure BDA00030171999300001017
之间的大小关系，确定确定第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001018
和第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001019
其中π＝3,4，i＝1,2，θ＝π；具体包括以下情形：
(1)若
Figure BDA00030171999300001020
且
Figure BDA00030171999300001021
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1个编码标志图案为该编码标志内第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001022
记第π编码区域中的第2个编码标志图案为该编码标志内第π编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001023
(2)若
Figure BDA0003017199930000111
且
Figure BDA0003017199930000112
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2个编码标志图案为该编码标志内第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000113
记编第π编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为该编码标志内第π编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000114
本实施例中，编码号为757对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1个编码标志图案的质心分别到直线l1和直线l3的距离分别为
Figure BDA0003017199930000115
满足
Figure BDA0003017199930000116
且该编码标志内第σ编码区域中的第2个编码标志图案的质心分别到直线l1和直线l3的距离分别为
Figure BDA0003017199930000117
满足
Figure BDA0003017199930000118
则记编码号为757对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1个编码标志图案为该编码标志内第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000119
记该编码标志内第σ编码区域中的第2个编码标志图案为该编码标志内第σ编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001110
在本实施例中，编码号为757对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1个编码标志图案的质心分别到直线l2和直线l3的距离分别为
Figure BDA00030171999300001111
满足
Figure BDA00030171999300001112
并且该编码标志内第π编码区域中的第2个编码标志图案的质心分别到直线l2和直线l3的距离分别为
Figure BDA00030171999300001113
满足
Figure BDA00030171999300001114
则记编码号为757对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1个编码标志图案为该编码标志内第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001115
记该编码标志内第π编码区域中的第2个编码标志图案为该编码标志内第π编码区域中的第2位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001116
步骤5.3、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，将第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001117
对应的编码值记为
Figure BDA00030171999300001118
其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6，并且
Figure BDA00030171999300001119
的取值只能为0或1；
步骤5.4、对于编码号为e对应的平行四边形编码标志，记编码号e所对应的12位二进制数为we，规定
Figure BDA00030171999300001120
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数we的十二位数值，且满足式(11)，
GT·Fe＝＝e (11)
其中，列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T；且
列向量
Figure BDA0003017199930000121
本实施例中，GT·F757＝＝757，列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T；
Figure BDA0003017199930000122
步骤5.5、根据步骤5.4中确定的编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000123
所对应的编码值
Figure BDA0003017199930000124
的取值指定编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000125
的颜色，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；具体包括以下情形：
(1)若编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000126
的编码值
Figure BDA0003017199930000127
则令编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000128
的颜色为颜色I，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；
(2)若编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure BDA0003017199930000129
的编码值
Figure BDA00030171999300001210
则令编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure BDA00030171999300001211
的颜色为颜色II，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；
则由步骤5.4中所得
Figure BDA00030171999300001212
的对应值，得到编号为757对应的平行四边形编码标志内的各编码区域内的所有编码标志图案的颜色如图3所示，其中部分编码标志图案的颜色与背景颜色相同，因而在图中未示出。
步骤5.6、将位于编码号为e的平行四边形编码标志中第
Figure BDA00030171999300001213
编码区域上的角点记为编码号为e的平行四边形编码标志中第
Figure BDA00030171999300001214
编码区域的角点
Figure BDA00030171999300001215
其中
Figure BDA00030171999300001216
由此完成编码号为757对应的平行四边形编码标志的编码工作，四个角点的编码序号分别为：编码号为757的平行四边形编码标志中第1编码区域的角点
Figure BDA00030171999300001217
编码号为757的平行四边形编码标志中第3编码区域的角点
Figure BDA00030171999300001218
编码号为757的平行四边形编码标志中第4编码区域的角点
Figure BDA00030171999300001219
编码号为757的平行四边形编码标志中第6编码区域的角点
Figure BDA00030171999300001220
每个角点的编码序号均可实现判断唯一确定的角点所在平行四边形编码标志上的位置。
其余编码号的平行四边形编码标志的编码工作可参照上述编码号为757对应的平行四边形编码标志的编码过程来完成。
本发明提供的基于区域分割编码的平行四边形编码标志的编码方法，需要编制相应的计算机程序，并在计算机上执行程序以实现相应的运算处理及逻辑控制功能，因而本发明也提供一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以所述的编码方法。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于区域分割编码的平行四边形编码标志的编码方法，其特征在于：主要包括以下步骤：
步骤1、记正整数e为所述平行四边形编码标志的编码号，且e∈[0,4095]；
步骤2、建立编码号为e对应的平行四边形编码标志的编码坐标系oe-XeYeZe；
步骤3、将编码号为e对应的平行四边形编码标志划分为6个编码区域，编码号为e对应的平行四边形编码标志中每个编码区域内均包含2个编码标志图案；
步骤4、对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域进行编号；
步骤5、对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域的每个角点进行编码。
2.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于：步骤3中，编码号为e对应的平行四边形编码标志的区域划分具体方法包括依以下步骤：
步骤3.1、记编码号为e对应的平行四边形编码标志内的定位圆质心的坐标为ol,e(xl,e,yl,e,0)，编码号为e对应的平行四边形编码标志内的定向圆环质心的坐标为od,e(xd,e,yd,e,0)；将距离定位圆质心ol,e最近的两个顶点分别记为Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)和Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)；
步骤3.2、分别根据以下算式计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志内的方向向量
Figure FDA0003017199920000011
和顶点向量
Figure FDA0003017199920000012
Figure FDA0003017199920000013
Figure FDA0003017199920000014
步骤3.3、记过定位圆质心ol,e且平行于顶点向量
Figure FDA0003017199920000015
的直线为l1,e，过定向圆环质心od,e且平行于顶点向量
Figure FDA0003017199920000016
的直线为l2,e，记通过定位圆质心ol,e和定向圆环质心od,e的直线为l3,e，则直线l3,e、直线l1,e与直线l2,e可将编码号为e对应的平行四边形编码标志划分为6个编码区域。
3.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于：步骤4中，编码号为e对应的平行四边形编码标志的编码区域进行编号的具体方法包括依以下步骤：
步骤4.1、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，由以下算式分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第一判断向量
Figure FDA0003017199920000017
和第二判断向量
Figure FDA0003017199920000018
Figure FDA0003017199920000019
Figure FDA0003017199920000021
步骤4.2、由以下算式分别计算出编码号为e对应的平行四边形编码标志内的区域划分第一向量
Figure FDA0003017199920000022
和区域划分第二向量
Figure FDA0003017199920000023
Figure FDA0003017199920000024
Figure FDA0003017199920000025
步骤4.3、根据区域划分第一向量
Figure FDA0003017199920000026
和区域划分第二向量
Figure FDA0003017199920000027
的方向情况确定顶点Ce,1min(xe,1min,ye,1min,0)为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域定位顶点
Figure FDA0003017199920000028
或第6编码区域定位顶点
Figure FDA0003017199920000029
对应地确定顶点Ce,2min(xe,2min,ye,2min,0)为第6编码区域定位顶点
Figure FDA00030171999200000210
或第1编码区域定位顶点
Figure FDA00030171999200000211
步骤4.4、将第1编码区域定位顶点
Figure FDA00030171999200000212
所在的编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第1编码区域，将第6编码区域定位顶点
Figure FDA00030171999200000213
所在的编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志中的第6编码区域；
步骤4.5、将编码号为e对应的平行四边形编码标志的第1编码区域作为起始区域、第6编码区域作为终点区域，按照顺时针方向，依次将编码号为e对应的平行四边形编码标志中的6个编码区域记为编码号为e对应的平行四边形编码标志的第1编码区域、第2编码区域、第3编码区域、第4编码区域、第5编码区域和第6编码区域。
4.根据权利要求1所述的编码方法，其特征在于：步骤5中，对编码号为e对应的平行四边形编码标志内的6个编码区域的每个角点进行编码的方法包括以下步骤：
步骤5.1、将编码号为e对应的平行四边形编码标志中，第σ编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l1,e的距离记为
Figure FDA00030171999200000214
第π编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l2,e的距离记为
Figure FDA00030171999200000215
第θ号编码区域中的第i个编码标志图案的质心到直线l3,e的距离记为
Figure FDA00030171999200000216
其中σ＝1,2,5,6，π＝3,4，i＝1,2，θ＝1,2,3,4,5,6；
步骤5.2、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，根据
Figure FDA00030171999200000217
和
Figure FDA00030171999200000218
之间的大小关系，确定第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000219
和第2位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000220
其中σ＝1,2,5,6，i＝1,2，θ＝σ；
在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，根据
Figure FDA00030171999200000221
和
Figure FDA00030171999200000222
之间的大小关系，确定确定第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000223
和第2位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000224
其中π＝3,4，i＝1,2，θ＝π；
步骤5.3、在编码号为e对应的平行四边形编码标志内，将第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000031
对应的编码值记为
Figure FDA0003017199920000032
其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6，并且
Figure FDA0003017199920000033
的取值只能为0或1；
步骤5.4、对于编码号为e对应的平行四边形编码标志，记编码号e所对应的12位二进制数为we，规定
Figure FDA0003017199920000034
依次按照从最低位到最高位的顺序分别对应二进制数we的十二位数值，且满足式(11)，
GT·Fe＝＝e (11)
其中，列向量G＝(20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,210,211)T；且
Figure FDA0003017199920000035
步骤5.5、根据步骤5.4中确定的编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000036
所对应的编码值
Figure FDA0003017199920000037
的取值指定编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000038
的颜色，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6；
步骤5.6、将位于编码号为e的平行四边形编码标志中第
Figure FDA0003017199920000039
编码区域上的角点记为编码号为e的平行四边形编码标志中第
Figure FDA00030171999200000310
编码区域的角点
Figure FDA00030171999200000311
其中
Figure FDA00030171999200000312
5.根据权利要求4所述的编码方法，其特征在于：在步骤5.2中，若
Figure FDA00030171999200000313
且
Figure FDA00030171999200000314
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000315
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000316
若
Figure FDA00030171999200000317
且
Figure FDA00030171999200000318
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000319
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第σ编码区域中的第2位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000320
6.根据权利要求4所述的编码方法，其特征在于：在步骤5.2中，若
Figure FDA00030171999200000321
且
Figure FDA00030171999200000322
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000323
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000041
若
Figure FDA0003017199920000042
且
Figure FDA0003017199920000043
则记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000044
记编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第1个编码标志图案为编码号为e对应的平行四边形编码标志内第π编码区域中的第2位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000045
7.根据权利要求4所述的编码方法，其特征在于：在步骤5.5中，若编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域中的第j位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000046
的编码值
Figure FDA0003017199920000047
则令编码号为e对应的平行四边形编码标志内第θ编码区域的第j位编码标志图案
Figure FDA0003017199920000048
的颜色为颜色I；若
Figure FDA0003017199920000049
则令第j位编码标志图案
Figure FDA00030171999200000410
的颜色为颜色II，其中j＝1,2且θ＝1,2,3,4,5,6。
8.根据权利要求7所述的编码方法，其特征在于：所述颜色I和颜色II具有明显差异。
9.一种计算机可读存储介质，包括与具有图像处理功能的电子设备结合使用的计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以如权利要求1所述的编码方法。
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