一种人工标识生成方法、解码方法及系统

本发明涉及图像处理技术以及增强现实，尤其涉及一种人工标识生成方法、解码方法及系统。

背景技术：

1、随着元宇宙概念的兴起，人们对于增强现实(augmented reality，ar)的探索也越来越深入，作为增强现实最关键的技术之一：三维注册也得到了充分的重视。三维注册也叫跟踪注册，主要负责将虚拟物体锚定在真实场景中。现在最为流行的三维注册方式就是基于视觉的方式，通过单目、双目或者rgb-d相机即可对物体进行位姿估计从而实现三维注册。依据检测目标的不同，又可分为基于匹配点以及基于人工标识的视觉三维注册方式，基于匹配点的方式主要是检测自然环境下的纹理，通常此类方式计算需求较大且在无丰富纹理的环境中容易失效，例如，室内走廊、白墙、玻璃窗等场景；而基于人工标识的三维注册方式计算需求小，速度快且精度较高，可适用于多种场景下的高精度三维注册。

2、基于人工标识的三维注册的关键技术是对人工标识进行识别解码，现有的人工标识大部分都采用校验位的方式以提高识别准确率，因此使有限的可编码位变得更少，而且现在使用较为普遍的方形标识如aruco，apriltag都会存在旋转的问题，即无法分辨出标识本身的旋转角度，导致解码需要从方形的4个角点依次进行以确保能够正确解码，并且此类标识也无法直接读取标识所存储的信息，必须从4个角点依次出发进行解码获取4个结果，再与预定义字典库比对才能获取最终的存储信息。

3、专利cn 107085737b公开了一种使用圆形和矩形相结合的标识系统，使用圆形做定位，矩形做信息存储，但矩形当中数据位和校验位数量一致，虽然保证了识别准确性，但信息位的利用存在大量冗余。

4、专利cn 110197509a公开了一种使用红黑白三色结合三进制进行编码的标识系统，实现了基于人工标识的位姿求解方式。但在标识生成过程中需要丢弃一些汉明距离小于指定阈值的码字以保证识别准确率，在标识识别过程中需要考虑旋转问题以及在位姿解算中只利用4个边界角点，并且该标识由于采用彩色进行标识设计导致标识的获取不够便利。

5、总的来说，现有的人工标识的识别都存在一定的缺陷，亟待提出一种更高效、准确的一种人工标识生成方法、解码方法及系统。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一个无校验位且具备旋转不对称性的一种人工标识生成方法、解码方法及系统。

2、为实现上述目的，本发明采用的的具体方案如下：一种人工标识生成方法,其特征在于，所述人工标识包括定位图形和编码图形，所述编码图形包括一个异类图形和若干标准图形；所述编码图形呈矩阵排列；所述定位图形、异类图形与标准图形三者的形状均不同；所述异类图形到其相邻的标准图形的距离不等；

3、至少部分所述编码图形中包含有信息图形；

4、所述信息图形与所述编码图形具有不同的光学特性以使其与编码图形可区分；

5、所述人工标识生成方法包括：

6、生成表示所述人工标识位置的所述定位图形；

7、生成表示所述人工标识解码顺序的所述编码图形；

8、生成表示数据信息的所述信息图形；

9、其中，以所述编码图形是否包含信息图形映射为1或者0。

10、进一步地，所述定位图形为方框，所述编码图形呈矩阵排列于所述方框内。

11、进一步地，所述标准图形为三角形，所述信息图形为圆形。

12、一种人工标识解码方法，所述人工标识包括定位图形和编码图形，所述编码图形包括一个异类图形和若干标准图形；所述编码图形呈矩阵排列；所述定位图形、异类图形与标准图形三者的形状均不同；所述异类图形到其相邻的标准图形的距离不等；

13、至少部分所述编码图形中包含有信息图形；

14、所述信息图形与所述编码图形具有不同的光学特性；

15、所述人工标识解码方法包括：

16、通过采集设备获取包含人工标识的图像帧，识别所述定位图形和编码图形，以获取所述采集设备的位姿；

17、识别所述信息图案，以获取所述人工标识表示的数据信息；

18、其中，以所述编码图形是否包含信息图形映射为1或者0。

19、进一步地，所述定位图形为方框，所述编码图形呈矩阵排列于所述方框内。

20、进一步地，所述异类图形为正方形，所述标准图形为三角形，所述信息图形为圆形。

21、进一步地，所述获取所述人工标识表示的数据信息包括：

22、通过采集设备获取包含人工标识的图像帧；

23、进行图像预处理，将获取的图像灰度化，并遍历图像中的所有像素点进行极值滤波处理以凸显轮廓；

24、提取滤波后图像的轮廓，通过图像是否含有定位图形以及编码图形判断该图像帧中是否包含人工标识；如果包含人工标识则进入下一步，否则重新获取新图像；

25、对检测出的人工标识进行透视变换获取正视图像；

26、获取到正视图像后，首先检测出编码图形，之后将离所述异类图形最近的一个标准图形标记为解码起点，从解码起点开始解码。

27、进一步地，所述获取到人工标识的正视图像之后，还包括：检测标准图形数量是否合格，如果小于指定数量n×n-1则判定此帧图像不含人工标识，重新获取新图像。

28、进一步地，在检测到标准图形数量合格后，再检测每个标准图形的面积，如果某个标准图形的面积小于指定阈值则剔除该标准图形，剔除后剩余的标准图形数量等于指定数量n×n-1则进入下一步，否则重新获取新图像。

29、进一步地，所述解码的方法包括：按照预设的解码顺序遍历所有图形，得到人工标识所包含的信息。

30、进一步地，所述获取采集设备的位姿包括：

31、设定世界坐标系，将人工标识所在平面设置为zw＝0的平面，人工标识的中心点设置为世界坐标系原点，依据实际的尺度信息得到人工标识定位图形代表的点和所有编码图形的几何中心点的三维坐标；

32、获取所用采集设备的内参和畸变参数，以及上述三维坐标投影到采集设备平面后的二维坐标信息，采用pnp算法进行位姿解算，得到采集设备的位姿。

33、一种人工标识生成系统，其特征在于，所述人工标识包括定位图形和编码图形，所述编码图形包括一个异类图形和若干标准图形；所述编码图形呈矩阵排列；所述定位图形、异类图形与标准图形三者的形状均不同；所述异类图形到其相邻的标准图形的距离不等；

34、至少部分所述编码图形中包含有信息图形；

35、所述信息图形与所述编码图形具有不同的光学特性；

36、所述人工标识生成系统包括：

37、定位图形生成模块，被配置为生成表示所述人工标识位置的所述定位图形；

38、编码图形生成模块，被配置为生成表示所述人工标识解码顺序的所述编码图形；

39、信息图形生成模块，被配置为生成表示数据信息的所述信息图形；

40、其中，以所述编码图形是否包含信息图形映射为1或者0。

41、进一步地，所述定位图形为方框，所述编码图形呈矩阵排列于所述方框内。

42、进一步地，所述异类图形为正方形，所述标准图形为三角形，所述信息图形为圆形。

43、一种人工标识解码系统，其特征在于，所述人工标识包括定位图形和编码图形，所述编码图形包括一个异类图形和若干标准图形；所述编码图形呈矩阵排列；所述定位图形、异类图形与标准图形三者的形状均不同；所述异类图形到其相邻的标准图形的距离不等；

44、至少部分所述编码图形中包含有信息图形；

45、所述信息图形与所述编码图形具有不同的光学特性；

46、所述人工标识解码系统包括：

47、定位图形解析模块，被配置为解析所述定位图形，以获取所述人工标识的位置；

48、编码图形解析模块，被配置为解析所述编码图，以获取所述人工标识的解码顺序；

49、信息图形解析模块，被配置为解析所述信息图形，以获取所述人工标识表示的数据信息；

50、其中，以所述编码图形是否包含信息图形映射为1或者0。

51、进一步地，所述定位图形为方框，所述编码图形呈矩阵排列于所述方框内。

52、进一步地，所述异类图形为正方形，所述标准图形为三角形，所述信息图形为圆形。

53、进一步地，所述人工标识解码系统依照上述的人工标识解码方法进行解码。

54、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

55、本发明提供的检测识别方法，无需校验位即可保证识别准确率，人工标识的所有编码位都可以用来存储信息，且在识别阶段无需考虑旋转即可正确识别，计算步骤得到了简化。

56、相比于现有的只能提供4个匹配点的方形标识，本发明所设计的标识可将定位图形代表的匹配点和所有编码图形的几何中心点作为匹配点以供位姿解算，因此得到的位姿解算精度更高。

57、采用本发明所提出的人工标识检测识别方法及装置，用户只需借助一个单目相机和一张人工标识，即可快速实现相机关于该人工标识的位姿解算，并且位姿解算过程计算量较小，能够实时运行，同时确保位姿估计具有较高的精度。