具有方向特性的X角点的亚像素检测定位

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1、2015年4月北京航空航天大学学报April2015第41卷第4期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．41No．4http：／／bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0293具有方向特性的X角点的亚像素检测定位孟促4，薛姣(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：x角点被广泛应用于相机标定与可见光视觉跟踪系统，不仅具有位置信息，还可以具有方向信息

2、．针对x角点的精确位置检测和方向检测，提出了一种利用x角点对称性的检测与定位算法——对称性计算算子(SC，SymmetryCalculation)，简称SC算子．该算法主要由两部分组成．先利用对称性计算值确定x角点像素位置，然后基于二次曲线拟合及直线相交求亚像素位置．通过角点定位实验，仿真分析高斯噪声和畸变对定位精度及鲁棒性的影响，并与Harris算法及MicronTracker系统进行比较．实验表明，本文方法能有效检测x角点，排除其他类型的角点和干扰点，具有较高的定位精度和鲁棒性．关键词：x角点；对称性；亚像素位置；方向检测

3、；二次曲线拟合中图分类号：TP391．4文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)04-0580-09在视觉测量中，为了降低对目标检测和识别的难度，出现了各种人工标记点¨。2’，其中x标记点因对比性强、易检测、易制作等优点，被广泛应用于相机标定与光学跟踪系统．如基于阵列x角点的棋盘格，被广泛应用于张正友的共面靶标相机标定法"。中的平面靶标H1，并被集成到Matlab视觉工具包"1和开源计算机视觉库OpenCV¨1中；MicronTracker光学跟踪系统¨1则将x标记组合粘贴于工具上进行工具位姿的测量与跟踪．相比于

4、基于红外光线的NDIPolaris跟踪系统，需要使用特制主动红外发光球状标记或被动反射红外小球作为检测目标，基于可见光与x角点标记的MicronTracker视觉跟踪系统无论是相机硬件还是标记制作都具有明显的成本优势，因而已被广泛应用于手术室器械跟踪和机器人位姿跟踪．利用x角点进行相机标定或位姿测量的前提是X角点的精确检测与定位．目前已有多种方法能实现x角点的检测与亚像素定位，如OpenCV使用通用的基于灰度分布最大曲率点检测的Harris算子进行棋盘格x角点检测¨。⋯．针对相机标定中棋盘格图像上x角点的检测，利用x角点特征的

5、属性，朱枫等提出基于对称方差的sV检测算子"川，主要利用关于x角点对称的像素灰度值接近且x角点邻域内灰度变化显著的特征，该算法原理简单，但在某些情况下会出现误检，且环境的变化会导致阈值选取的不稳定；储瑁等提出采用环形模板的角点检测算子¨“，该算子利用x角点为黑白区域边界直线交点的属性，设计环形遍历模板对棋盘格图像进行遍历，通过利用遍历后图像的属性确定棋盘格角点的位置，该算法需要知道棋盘格格子的边长，然后确定环形模板的半径，对于边长变化的棋盘格或畸变的棋盘格图像会存在漏检的情况；胡海峰和侯晓微综合使用了几种算法¨⋯，首先利用Ra

6、don变换检测棋盘格直线，然后利用Harris和Forstner算子对角点进行精确定位，该算法精确度较高但运算量收稿日期：2014-05-23；录用日期：2014-07-01；网络出版时间：2014-07-2911：08网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0293．html基金项目：国家科技支撑资助项目(2013BAF07802)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(YwF．14．YHXY-015)+通讯作者：孟倔(1977一)，男，新疆沙湾人

7、，副教授，Tsai@buaa．edu．cn，主要研究方向为机器视觉与智能系统．引用格式：孟促，薛姣．具有方向特性的x角，f}c的亚像素检测定位ⅣJ．北京航空航天大学学报，2015，41一)：580—588．MengC，Xue】．Sub‘pixelX。coFnel"detectionandlocationwithdirectionalcharacteristicseJ]．JoumalofBeijingUniversityofAero—nauticsandAstronautics，2015，41一)：580—588(inChine

8、se)．第4期孟偬，等：具有方向特性的x角点的亚像素检测定位581大，且只适用于棋盘格角点的检测；张广军等提出利用Hessian矩阵进行x角点检测¨4。5

9、，主要利用平滑后x角点为曲面鞍点的属性，该检测方法精度较高、算法简单，但易受非x角点的干扰．针对手术器械跟踪的x角点检测