1 靶標(biāo)的設(shè)計
    本文設(shè)計了如圖1所示的靶標(biāo)(其中，中心處的編碼標(biāo)志點是不同的)，利用其已知信息，完成對攝像機位置的標(biāo)定，實現(xiàn)了與圓形光柵尺相同的作用。在圓形導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)均勻設(shè)置了6組(12塊)含有一個編碼標(biāo)志點和18個非編碼點的靶標(biāo)(如圖2所示)，其中編碼標(biāo)志點位于靶標(biāo)的中心，其余非編碼點均為正方形，按一定尺寸關(guān)系均勻分布在編碼標(biāo)志點的兩側(cè)。

    根據(jù)實際需要，本文采用了馬揚飚等設(shè)計的編碼標(biāo)志點。編碼標(biāo)志點由編碼點和標(biāo)志點組成，其中標(biāo)志點提供位置信息，編碼信息被編譯儲存在編碼點的排布中。編碼標(biāo)志點應(yīng)該滿足以下要求：
    ·旋轉(zhuǎn)與改變比例的不變性；
    ·對可能存在誤差修正的目標(biāo)數(shù)量的強魯棒陛識別幾率；
    ·制定一個能精確測量與物體上一個控制點對應(yīng)的標(biāo)志點的中心的規(guī)則；
    ·在沒有統(tǒng)—對比度的圖像中，—個標(biāo)志點的強檢測幾率。
    為了滿足這些要求，本文采用的8位編碼標(biāo)志點如圖3所示。其中標(biāo)志點和編碼點全部為圓形，標(biāo)志點位于中央，面積較大，編碼點規(guī)則排布在同一個圓周上，面積較小，整個編碼標(biāo)志點的位置信息由中央的標(biāo)志點圓心位置提供，各個編碼位上編碼點的有無決定了不同的編碼信息。編碼點由8個圓構(gòu)成，因此可能得到個編碼，然而由于一個編碼應(yīng)滿足旋轉(zhuǎn)和改變比例不變的需要，只有34個(編碼點個數(shù)為1的丟棄)可以作為編碼。

2 靶標(biāo)的識別
2．1 編碼標(biāo)志點的識別
2．1．1 圖像截取
    使用雙目主動立體視覺監(jiān)測平臺上的任一攝像機拍攝一幅靶標(biāo)圖像，其中可以含有幾個靶標(biāo)，使用圖像截取函數(shù)，從圖像中截取出只包含編碼標(biāo)志點的圖像。
2．1．2 圖像二值化
    為了簡化目標(biāo)識別過程，需要將截取出的彩色圖像轉(zhuǎn)化成灰度圖像，然后再將灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，通過與閾值比較，圖像二值化按下式執(zhí)行：

   
    其中：f(x，y)初始圖像，b(x，y)為二值圖像，t(x，y)為像素的閾值。由于圖像中對比度比較統(tǒng)一，應(yīng)用一個自適應(yīng)的閾值t(x，y)=t0，可以比較精確地將對象閾值初始化。
2．1．3 圓點質(zhì)心查詢
    為了提取每個圓點的區(qū)域，使用"標(biāo)簽算法"，執(zhí)行標(biāo)簽算法后，每個區(qū)域得到一個唯一的數(shù)字。對每一個連通區(qū)域使用"測量圖像中的對象屬性"方法，得到各個區(qū)域的面積和質(zhì)心。對中央標(biāo)志點圓來說，其質(zhì)心為(x0，y0)，對于外圍的編碼點圓來說，其質(zhì)心為(xc，yc)。按照參數(shù)讀入的順序?qū)λ袇^(qū)域進行編號，通過比較，找到面積最大的圓，即中心標(biāo)志點，記住其編號。
2．1．4 質(zhì)心角的求取
    以任意一點為起始點，按照逆時針的順序?qū)幋a點進行排序，然后利用相鄰兩個編碼點的質(zhì)心信息與中心標(biāo)志點的質(zhì)心信息，求出各個相鄰編碼點間的質(zhì)心角θn(其中0°≤θn≤180°，2≤n≤8)，并按逆時針順序存儲。
2．1．5 目標(biāo)編碼讀取
    由于起始編碼點一定存在，故將其環(huán)形碼相應(yīng)位置"1"。對于8位編碼標(biāo)志點，當(dāng)8個編碼點都存在時，各個相鄰編碼點間的質(zhì)心角均為45°。利用這個信息，按照存儲順序，將求得的質(zhì)心角θn分別與45°的整數(shù)倍進行比較，如果相等，表示在該角度位置存在一個編碼點。實際操作中，編碼點質(zhì)心角θn值是根據(jù)圖像處理中求得的編碼點質(zhì)心與中心標(biāo)志點質(zhì)心值計算所得，由于誤差的存在，質(zhì)心角θn值的實際值往往與理論取值(m×45°,1≤m≤4)有出入，所以在判斷某個角度位置是否有編碼點存在時，可以先設(shè)定一個誤差允許范圍δ(0≤δ<22．5°)，如果θn的實際值介于理論值±δ的范圍內(nèi)，就說明該角度位置上存在編碼點，將環(huán)形碼相應(yīng)位置"1"。通過循環(huán)，對編碼點質(zhì)心角θn的實際值逐一判斷，看其是否在上述的取值區(qū)間內(nèi)，從而決定將環(huán)形碼相應(yīng)位置"0"或置"1"。
    如前文所示，同一個編碼標(biāo)志點對應(yīng)的環(huán)形碼不唯一，將該環(huán)形碼在任意位置處截斷后，再將后一子序列置于前一子序列之前(此操作稱為"循環(huán)截斷")，所得到的序列仍然表示該標(biāo)志點，這里稱這些序列為"同胚"序列。因此，預(yù)先將每個標(biāo)志點的編號和給定的逆時針順序下它的最小循環(huán)碼存儲起來。識別時只要得到一個最小環(huán)形碼的"同胚"特征序列，將該序列反復(fù)做循環(huán)截斷，直到它等于最小環(huán)形碼為止，根據(jù)后者即可取出對應(yīng)的編號。
2．2 非編碼標(biāo)志點的識別
    由于編碼標(biāo)志點的唯一性，通過對編碼標(biāo)志點的識別可以確定出靶標(biāo)的編號，從而得到靶標(biāo)上各靶標(biāo)點的空間位置。靶標(biāo)上的其余非編碼點均為正方形，且和編碼標(biāo)志點有確定的位置關(guān)系，都可以通過角點檢測等步驟實現(xiàn)對其圖像的識別，從而完成對整個靶標(biāo)的識別。

3 數(shù)值實驗
    在本文的實驗中，只用到其中的12個編碼標(biāo)志點，我們按其在圓形導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)順時針排列的順序進行重新編號。為驗證所提算法的效果，對拍攝的多幅圖像進行了數(shù)值實驗，其中一幅如圖4(a)所示(由于頁面原因，對圖像作了裁剪和縮小，但保留了所有有效信息)。圖4(b)為從這幅圖像中按順時針順序截取出的四個編碼標(biāo)志點的圖像。表1給出了各幅編碼標(biāo)志點圖像中每個圓的質(zhì)心坐標(biāo)值。表2給出了實驗中得到的各幅編碼標(biāo)志點圖像中相關(guān)質(zhì)心角的值、環(huán)形碼值及編碼標(biāo)志點的編號。實驗表明，該算法對任意一幅圖像中編碼標(biāo)志點的識別率接近100％。

4 結(jié)論
    在雙目立體視覺中，靶標(biāo)識別問題對于目標(biāo)圖像的重構(gòu)起著關(guān)鍵性的作用。本文提出了基于質(zhì)心角的方法，對各幅編碼標(biāo)志點圖像進行準(zhǔn)確的識別。通過大量的數(shù)值試驗，驗證了此算法的有效性，實驗結(jié)果表明，本文提出的基于質(zhì)心角的標(biāo)志點識別算法，對于采用本文所用的特定平臺等背景不太復(fù)雜的情況具有很高的識別性和實用性。通過編碼標(biāo)志點的準(zhǔn)確識別及相對確定的位置信息，即可通過對角點的檢測，實現(xiàn)對整個靶標(biāo)的準(zhǔn)確識別。