САМОИДЕНТИФИЦИРУЮЩИЙСЯ ПЛОСКИЙ КАЛИБРОВОЧНЫЙ ОБЪЕКТ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА
SELF-IDENTIFYING FLAT CALIBRATION OBJECT FOR MEASURING MEANS OF OPTICAL RANGE

Изобретение относится к области оптических измерений, преимущественно при проведении полигонных испытаний на местности, и может быть использовано для калибровки оптических измерительных средств, а также для осуществления ориентирования подвижных объектов, оснащенных системой технического зрения.
Уровень техники
Для калибровки оптических измерительных средств применяются различные виды калибровочных объектов, в том числе, особенно при работе на открытой местности на полигонах, калибровочные вехи, содержащие легко распознаваемое на фоне местности контрастное изображение. Для осуществления калибровки камеры оптического измерительного средства в вычислительное устройство вводится информация о координатах калибровочных вех на местности и координаты их изображений в кадре. При этом указание на положение калибровочного объекта (вехи) в кадре необходимо осуществить оператором вручную, и вручную ввести или выбрать из списка его координаты, что вызывает затруднения в идентификации при наличии нескольких идентичных изображений калибровочных объектов в кадре - в сопоставлении измеренных координат объектов на местности и конкретного изображения вехи в кадре, и, как следствие, увеличение времени на калибровку измерительного средства, увеличение вероятности ошибки и нагрузки на оператора.
В технике известны различные виды меток, размещаемых на предметах, и содержащих закодированную различными способами информацию, связанную или не связанную с данным объектом. Информация с данных меток может быть считана в радиодиапазоне (RFID-метки) или в оптическом диапазоне. Различные виды меток оптического диапазона (маркеров) используются, в частности, в системах дополненной реальности [1]. В основном в приложениях дополненной реальности используются два типа маркеров - шаблонные маркеры и маркеры с двухмерным (матричным) штрихкодом, соответственно идентификация маркеров первого типа осуществляется методом нахождения соответствия некоторому шаблону, хранящемуся в базе данных, а маркеров второго типа - методом декодирования. Шаблонные маркеры обычно представляют собой простые черно-белые изображения, размещенные внутри квадрата с границей черного цвета (фиг. 1).
Разработано значительное количество матричных кодов (Aztech Code, Data Matrix, Maxi Code, PDF417, QR Code, Microsoft Tag и другие), некоторые из которых стандартизированы [2]. В некоторых из них используются только черный и белый цвета, в других дополнительная информация закодирована с помощью цвета.
Недостатком известных видов маркеров является то, что их применение для идентификации объектов, расположенных на значительном (от сотен метров до нескольких километров) расстоянии от видеофотокамеры, практически невозможно, поскольку из-за ограниченного разрешения фотоприемной матрицы элементы изображения метки сливаются, и записанный в метке код становится крайне затруднительно или невозможно распознать.
Цель изобретения - снижение времени на калибровку оптических измерительных средств и снижение вероятности ошибок при калибровке за счет автоматизации идентификации калибровочных объектов, изображения которых находятся в кадре.
Поставленная цель достигается тем, что в конструкцию калибровочного объекта включаются область распознавания 1, содержащая автоматически распознаваемый маркер характерного вида (фиг. 2), горизонтальная 2 и вертикальная 3 области ограничения, позволяющие определить границы области распознавания, и область кода, состоящая из нескольких элементов 4, позволяющая закодировать идентификатор (номер) калибровочного объекта (вехи) двоичным кодом, с возможностью считывания и декодирования на изображениях низкого разрешения и контраста, характерных для съемки калибровочных объектов с большого расстояния в полевых условиях (фиг. 3).
Размер стороны квадратного элемента области кодирования выбирается в зависимости от предполагаемых условий съемки таким образом, чтобы гарантировать надежное распознавание кода, предпочтительно от 1/2 до 1/5 размера стороны автоматически распознаваемого маркера. Может применяться структура калибровочного объекта, симметричная описываемой и приводимой на фиг. 2, 3.
В зависимости от предполагаемых условий применения (в помещении или на улице), дальности от камеры, освещения калибровочный объект может изготавливаться различного размера, из фанеры, дерева, металла, пластика и других материалов с нанесением изображения черной и белой краской, распечатываться на бумаге или других материалах с помощью печатающих устройств.
Самоидентифицирующийся плоский калибровочный объект используется следующим образом. Вначале на изображении (снимке) с помощью алгоритма (например, по шаблону) обнаруживается автоматически распознаваемый маркер, находящий в области распознавания (фиг. 2). Из изображения вырезается область, гарантированно полностью содержащая калибровочный объект (например, в 2-3 раза большая, чем обнаруженный маркер). Изображение вырезанной области бинаризуется, после чего на нем детектируются границы. На полученном изображении с помощью преобразования Хафа обнаруживаются диагональные линии и вычисляются координаты точки их пересечения - точные координаты центра калибровочного объекта. Затем обнаруживаются горизонтальная линия выше центра и вертикальная линия левее центра и вычисляются координаты точек их пересечения с ранее обнаруженными диагональными линиями - левого нижнего, левого верхнего и правого верхнего углов маркера. По полученным координатам вычисляется размер маркера на изображении и границы области кодирования, расположение которой относительно маркера и размер которой относительно размера маркера известны. Далее вырезаются две прямоугольные области исходного изображения, содержащие только элементы области кодирования (снизу от маркера и справа от маркера), данные изображения бинаризуются и сегментируются на квадраты, соответствующие элементам области кодирования. По преимущественной интенсивности для каждого сегмента определяется значение соответствующего бита кода, например - низкая интенсивность соответствует единице, высокая - нулю, или наоборот. Из полученных битов формируется код, соответствующий изображению калибровочного объекта. В целях повышения надежности декодирования может применяться помехоустойчивое кодирование.
Применение самоидентифицирущихся калибровочных объектов позволить уменьшить время, необходимое для калибровки оптических измерительных средств, и снизить количество ошибок при подготовке и обработке измерений с помощью оптических измерительных средств и комплексов.
Список использованных источников
1. Vadim Beglov. Object information based on marker recognition. University of Eastern Finland Department of Computer Science. Master's Thesis.
2. ГОСТ P ИСО/МЭК 18004-2015. Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных. Спецификация символики штрихового кода QR Code. М.: Стандартинформ, 2015.