预置位偏差计算方法.pdf

本发明公开了一种预置位偏差计算方法，应用于监控系统中，用于测试电动云台、球机的预置位精度。本发明采用叠加标志点坐标及数学建模的方式，极大程度减小测试系统误差，从而大大提高预置位测试精度，以满足日益迫切的高精度预置位精度测试需求。

1.  一种预置位偏差计算方法，应用于监控系统中，其特征在于，包括下述步骤： 
a.利用标志点坐标纸，将标志点叠加到畸变画面上,并对所述畸变画面进行区域划分,所述标志点坐标纸与数据采集屏大小一致，其上相邻两标志点间的距离均相等； 
b.获取所述畸变画面中标志点的坐标值(X_(i,j),Y_(i,j))，其中，其中i、j分别表示所述标志点所在的行数和列数； 
c.获取预置位映射点N的坐标，确定所述N所在的区域，获取所述N所在的区域的相邻四个标志点A、B、C、D，并以其建立单元四边形模型； 
d.在所述单元四边形模型中，取线段AD、BC、AB、CD的中点为L、K、P、Q，连接线段LK、PQ将四边形ABCD分成左上、左下、右上、右下四个子区域，以所述预置位映射点N为基点作相应的四边形边的平行线与线段AD、BC、AB、CD分别交于E、F、G、H，构成预置位映射点定位模型； 
e.基于所述单元四边形模型和预置位映射点定位模型，计算线段EN及GN所代表的实际长度S_GN和S_EN，根据所述S_GN和S_EN计算所述N距离中心参考点的水平距离S_x和垂直距离S_y； 
f.基于步骤a-e中对所述N距离中心参考点的水平距离和垂直距离的计算方法，计算初始预置位映射点距中心参考点的实际水平距离S_x0及垂直距离S_y0，从而计算出预置位偏差。 

2.  根据权利要求1所述的预置位偏差计算方法，其特征在于，在步骤e中，计算所述S_GN和S_EN步骤包括： 
设直线a、b、c、d、e、f分别对应线段AB、BC、CD、AD、EF、GH，其斜率分别为K_a、K_b、K_c、K_d、K_e、K_f，则： 
K_a＝(Y_(i,j)-Y_(i+1,j))/(X_(i,j)-X_(i+1,j))； 
K_b＝(Y_(i+1,j+1)-Y_(i+1,j))/(X_(i+1,j+1)-X_(i+1,j))； 
K_c＝(Y_(i,j+1)-Y_(i+1,j+1))/(X_(i,j+1)-X_(i+1,j+1))； 
K_d＝(Y_(i,j+1)-Y_(i,j))/(X_(i,j+1)-X_(i,j))； 
由于直线a//e、d//f则有： 
K_e＝K_a； 
K_f＝K_d； 
直线a、b、c、d、e、f的方程为： 
(1)Y_a＝K_a(X_a-X_(i,j))+Y_(i,j)； 
(2)Y_b＝K_b(X_b-X_(i+1,j))+Y_(i+1,j)； 
(3)Y_c＝K_c(X_c-X_(i+1,j+1))+Y_(i+1,j+1)； 
(4)Y_d＝K_d(X_d-X_(i,j+1))+Y_(i,j+1)； 
(5)Y_e＝K_e(X_e-X)+Y； 
(6)Y_f＝K_f(X_f-X)+Y； 
联立直线方程(4)与(5)、(2)与(5)、(1)与(6)、(3)与(6)，分别解出交点E、F的垂直坐标及交点G、H的水平坐标： 
Y_E＝[K_dY_e(X_(i,j+1)-X)-K_eY_(i,j+1)+K_dY]/(K_d-K_e)； 
Y_F＝[K_bK_e(X_(i+1,j)-X)-K_eY_(i+1,j)+K_bY]/(K_b-K_e)； 
X_G＝[(Y_fX-Y)-(K_aX_(i,j)-Y_(i,j))]/(K_f-K_a)； 
X_H＝[(Y_fX-Y)-(K_cX_(i+1,j+1)-Y_(i+1,j+1))]/(K_f-K_c)； 
设相邻标志点的实际间距为h，根据相似三角形原理，线段GN、EN的实际距离可表示为： 
S_GN＝│h(X_G-X)/(X_G-X_H)│ 
S_EN＝│h(Y_E-Y)/(Y_E-Y_F)│。 

3.  根据权利要求2所述的预置位偏差计算方法，其特征在于，在步骤e中，根据所述SGN和SEN计算所述N距离中心参考点的水平距离Sx和垂直距离Sy，包括如下步骤： 
选定标志点坐标纸中心区域的标志点M(X(i₀，j₀)，Y(i₀，j₀))为中心参考点，即以M为参考来计算预置位映射点距离点M的水平距离和垂直距离，则包含在第i行第j列单元四边形中的点N距离中心参考点的水平距离S_x和垂直距离S_y为： 
S_x＝│(j-j₀)h+S_GN│ 
S_y＝│(i-i₀)h+S_EN│。 

4.  根据权利要求3所述的预置位偏差计算方法，其特征在于，在步骤f中，计算预置位偏差包括如下步骤： 
设预置位水平方向偏差距离△S_x和垂直偏差距离△S_y分别为： 
△S_x＝│S_x-S_x0│ 
△S_y＝│S_y-S_y0│。 

预置位偏差计算方法
技术领域
本发明涉及监控技术领域，尤其涉及一种预置位偏差计算方法。
背景技术
目前已有的预置位精度自动测试方法，主要描述了预置位精度测试原理及测试系统的组成，其测试原理是在被测设备上配置预置位映射点装置(如激光灯)，控制被测设备转动使标志点映射在数据采装置上，通过数据采集装置获取各个预置位映射点在画面中的像素坐标，将测试中所检测的预置位映射点像素坐标与初始映射点像素坐标对比，便能得到预置位偏差像素数，再以距整个画面每个像素所等效的实际长度，便能计算出预置位水平方向及垂直方向的偏差距离。
但是，上述测试方法中，无论数据采集装置中使用任何摄像装置，均会因光学成像而导致检测设备所获取的图像数据存在一定的畸变，而预置位偏差距离均是在畸变后的画面数据基础上计算的，故上述测试方法所计算的预置位精度存在较大的误差。为提高测试系统的测试精度，则要从提高预置位偏差距离的计算精度入手。
鉴于此，迫切需要提供一种预置位偏差计算方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种预置位偏差计算方法及系统，以解决上述现有技术中存在的预置位精度计算存在较大误差，从而影响预置位精度准确性的问题。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种预置位偏差计算方法，应用于监控系统中，包括下述步骤：
a.利用标志点坐标纸，将标志点叠加到畸变画面上,并对所述畸变画面进行区域划分,所述标志点坐标纸与数据采集屏大小一致，其上相邻两标志点间的距离均相等；
b.获取所述畸变画面中标志点的坐标值(X_(i,j),Y_(i,j))，其中，其中i、j分 别表示所述标志点所在的行数和列数；
c.获取预置位映射点N的坐标，确定所述N所在的区域，获取所述N所在的区域的相邻四个标志点A、B、C、D，并以其建立单元四边形模型。
d.在所述单元四边形模型中，取线段AD、BC、AB、CD的中点为L、K、P、Q，连接线段LK、PQ将四边形ABCD分成左上、左下、右上、右下四个子区域，以所述预置位映射点N为基点作相应的四边形边的平行线与线段AD、BC、AB、CD分别交于E、F、G、H，构成预置位映射点定位模型；
e.基于所述单元四边形模型和预置位映射点定位模型，计算线段EN及GN所代表的实际长度S_GN和S_EN，根据所述S_GN和S_EN计算所述N距离中心参考点的水平距离S_x和垂直距离S_y；
f.基于步骤a-e中对所述N距离中心参考点的水平距离和垂直距离的计算方法，计算初始预置位映射点距中心参考点的实际水平距离S_x0及垂直距离S_y0，从而计算出预置位偏差。
本发明的有益效果，与现有技术相比，以使用外界标志点坐标纸的方式，将预置位数据采集摄像机的图像畸变细化，并以微分的思想将整体图像畸变分割为多个小的单元四边形，以便于在尽可能减小畸变误差的前提下建立计算模型，反算出预置位标志点映射的实际距离。使用此方法能够极大减小测试误差，从而提高测试系统的测试精度，满足高精度预置位测试需求。
附图说明
图1是本发明提供的标志点坐标纸示意图；
图2是本发明提供的畸变画面标志点示意图；
图3是本发明提供的单元四边形建模示意图；
图4是本发明提供的预置位映射点定位建模示意图；
图5是本发明的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解为此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的保护范围。
监控系统中电动云台、球机的预置位精度一直是监控设备的重要性能指标。 本发明提供了一种应用于上述电动云台、球机等监控系统中的高精度计算预置位偏差的方法。本发明采用叠加标志点坐标及数学建模的方式，极大程度减小测试系统误差，从而大大提高预置位测试精度，以满足日益迫切的高精度预置位精度测试需求。
如图5所示，本发明包括如下步骤：
步骤S501，通过叠加标志点的方式来对畸变图像分解为多个单元四边形，将如图1所示的标志点坐标纸与数据采集屏完全重合，通过屏幕摄像机获取此时标志点坐标画面，如图2所示，即为畸变后的标志点坐标,以此种方式便能将均匀等间距的标志点叠加到畸变画面上。
需要说明的是，该标志点坐标纸上的各标志点间的间距均一致，且从理论上看该间距越小计算精度越高，但此时计算工作量很大，而间距较大时计算误差比较大，达不到高精度计算的要求，故在制作标志点坐标纸时应选择适当的标志点间距。
步骤S502，再利用MATLAB读取畸变后的标志点坐标图中的各标志点的像素坐标(X_(i,j)，Y_(i,j)),其中X、Y的下标i、j分别表示该标志点所在的行数和列数。
步骤S503，以每四个相邻的标志点建立单元四边形模型，为下一步建立预置位映射点定位模型作准备。从第1行第1列的标志点开始，每相邻的四个标志点连线便构成一个单元四边形，设四边形位ABCD，其各点坐标通式可表示为A(X_(i,j)，Y_(i,j))、B(X_(i+1,j)，Y_(i+1,j))、C(X_(i+1,j+1)，Y_(i+1,j+1))、D(X_(i,j+1)，Y_(i,j+1))，并将此四边形命名为第i行第j列四边形；
步骤S504，线段AD、BC、AB、CD的中点分别为L((X_(i,j)+X_(i,j+1))/2，(Y_(i,j)+Y_(i,j+1))/2)、K((X_(i+1,j)+X_(i+1,j+1))/2，(Y_(i+1,j)+Y_(i+1,j+1))/2)、P((X_(i,j)+X_(i+1,j))/2，(Y_(i,j)+Y_(i+1,j))/2)、Q((X_(i+1,j+1)+X_(i,j+1))/2，(Y_(i+1,j+1)+Y_(i,j+1))/2)。连接LK、PQ将单元四边形ABCD划分成四个区域，分别称为左上、左下、右上、右下区域，如图3所示。
设检测到预置位映射点N的像素坐标为(X，Y),线段AB、BC、CD、AD所在的直线分别为a、b、c、d，通过点与直线的关系判断出包含点N的单元四边形及在该单元四边形中所在的区域。现假设N点包含于第i行第j列四边形，且位于该单元四边形的左上区域，则以此为基点作点N相邻的两四边形边的平行线，即过N点作直线a、d的平行形e、f,分别交直线a、b、c、d于点G、F、 H、E，具体图像如图4所示，以此建立预置位映射点定位模型。同理，当点N位于该单元四边形的左下区域时，则是过点N作直线a、b的平行线；当点N位于该单元四边形的右上区域时，则是过点N作直线c、d的平行线；当点N位于该单元四边形的右下区域时，则是过点N作直线b、c的平行线。0
步骤S505，基于以上所建立的数学计算模式，便能计算出线段GN、EN所代表的实际距离S_GN、S_EN，具体计算步骤如下：
设直线a、b、c、d、e、f的斜率分别为K_a、K_b、K_c、K_d、K_e、K_f，则：
K_a＝(Y_(i,j)-Y_(i+1,j))/(X_(i,j)-X_(i+1,j))；
K_b＝(Y_(i+1,j+1)-Y_(i+1,j))/(X_(i+1,j+1)-X_(i+1,j))；
K_c＝(Y_(i,j+1)-Y_(i+1,j+1))/(X_(i,j+1)-X_(i+1,j+1))；
K_d＝(Y_(i,j+1)-Y_(i,j))/(X_(i,j+1)-X_(i,j))；
由于直线a//e、d//f则有：
K_e＝K_a；
K_f＝K_d；
直线a、b、c、d、e、f的方程为：
Y_a＝K_a(X_a-X_(i,j))+Y_(i,j)；······(1)
Y_b＝K_b(X_b-X_(i+1,j))+Y_(i+1,j)；······(2)
Y_c＝K_c(X_c-X_(i+1,j+1))+Y_(i+1,j+1)；······(3)
Y_d＝K_d(X_d-X_(i,j+1))+Y_(i,j+1)；······(4)
Y_e＝K_e(X_e-X)+Y；······(5)
Y_f＝K_f(X_f-X)+Y；······(6)
联立直线方程(4)与(5)、(2)与(5)、(1)与(6)、(3)与(6)，分别解出交点E、F的垂直像素坐标及交点G、H的水平像素坐标：
Y_E＝[K_dY_e(X_(i,j+1)-X)-K_eY_(i,j+1)+K_dY]/(K_d-K_e)；
Y_F＝[K_bK_e(X_(i+1,j)-X)-K_eY_(i+1,j)+K_bY]/(K_b-K_e)；
X_G＝[(Y_fX-Y)-(K_aX_(i,j)-Y_(i,j))]/(K_f-K_a)；
X_H＝[(Y_fX-Y)-(K_cX_(i+1,j+1)-Y_(i+1,j+1))]/(K_f-K_c)；
设相邻标志点的实际间距为h，根据相似三角形原理，线段GN、EN的实际距离可表示为：
S_GN＝│h(X_G-X)/(X_G-X_H)│
S_EN＝│h(Y_E-Y)/(Y_E-Y_F)│
选定标志点坐标纸中心区域的标志点M(X_(i0,j0)，Y_(i0,j0))为中心参考点，即以M为参考来计算预置位映射点距离点M的水平距离和垂直距离，则包含在第i行第j列单元四边形中的点N距离中心参考点的水平距离S_x和垂直距离S_y为：
S_x＝│(j-j₀)h+S_GN│
S_y＝│(i-i₀)h+S_EN│
步骤S506，基于以上计算预置位映射点距离中心参考点的水平距离及垂直距离的方法，可计算出初始预置位映射点距中心参考点的实际水平距离S_x0及垂直距离S_y0。则预置位水平方向偏差距离△Sx和垂直偏差距离△S_y分别为：
△S_x＝│S_x-S_x0│
△S_y＝│S_y-S_y0│
上述算法可计算畸变画面中各个区域的预置位实际偏差距离。
其中需要说明的是，此算法在进行单元四边形建模及预置位映射点定位建模中，分别将畸变后两标志点间的弧线近似为直线、将过N点所做的平行线EF和GH的实际长度均近似等于标志点间的间距h,则计算结果存在一定的误差。但经误差分析与计算，由于选取的标志点间距h远小于整个画面的实际大小，单元四边形建模及预置位映射点定位建模所引起的误差值远小与实际偏差距离值，故因建模所产生的误差值可忽略不计。另外，应用此方法计算预置位偏差实际距离，可消除N点所在的单元四边形与中心参考点间间隔的各个单元四边形的图像畸变误差。
综上所述，本发明通过叠加标志点的方式将畸变图像分解成多个单元四边形，并结合正确的数学建模方法减少计算误差，从而极大的减少了因图像畸变所引起的实际距离计算误差，很大程度提高了预置位实际偏差距离的计算准确度。该计算方法可应用在各类具备预置位功能设备的测试系统中，尤其是高精度预置位测试。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。