[發明專利]測量亞像素位移的峰谷運動探測方法及裝置

無效

• 申請號: 200910190924.1
• 申請日: 2009-09-22
• 公開（公告）號: CN102022981A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 曾藝
• 申請（專利權）人: 重慶工商大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.測量亞像素位移的峰谷運動探測方法及裝置，由一臺普通的計算機、一個計算機攝像頭組成，所述攝像頭通過USB接口連接到所述計算機，所述計算機配置有內存、CPU、硬盤、顯示卡與顯示器、鍵盤和鼠標、操作系統以及攝像頭驅動程序，其特征在于，所述計算機還配置有攝像頭拍攝及峰/谷運動探測亞像素位移程序。

2.根據權利要求1所述的測量亞像素位移的峰谷運動探測方法及裝置，其特征在于，所述攝像頭拍攝及峰/谷運動探測亞像素位移程序包括下述測量亞像素位移的方法：

步驟、拍攝一幀(M行×N列)被測物體，不考慮該圖像幀的邊上的兩行與兩列，得到參考幀[(M-2)行×(N-2)列]，為該參考幀以及其后所有拍攝的圖像幀確定相同的坐標軸，其中，M，N∈正整數；

步驟二、對于上述參考幀之像素陣列，根據其紅色、綠色和藍色分量的數據，分別逐行、逐列導出沿X軸和Y軸方向的紅色的、綠色的和藍色的邊方向數據；

步驟三、分別逐行、逐列計算紅色的、綠色的和藍色的正邊和負邊的數目之和，取其中正邊和負邊的數目之和最多者所在的行與列分別作為觀測行和觀測列；

步驟四、根據所選觀測行與觀測列的像素的三種基色的邊方向數據，分別導出沿X軸和Y軸方向的三種基色的邊反射狀況，并分別使用累加器計數它們所對應的峰、谷的數目：N_RV軸峰(j)、N_RX軸谷(j)、N_RY軸峰(j)和N_RY軸谷(j)，N_GK軸峰(j)、N_GX軸谷(j)、N_GY軸峰(j)和N_GY軸谷(j)，N_BX軸峰(j)、N_BX軸谷(j)、N_BY軸峰(j)和N_BY軸谷(j)，其中，j表示拍攝獲得的幀的順序計數值，j∈正整數，N表示數目(Number)，R、G、B分別表示紅、綠和藍色；

步驟五、拍攝了所述參考幀之后，經過一定的間歇時間dt，拍攝第二幀被測物體的像(M×N)，去掉像素幀邊緣的兩行和兩列得到比較幀[(M-2)×(N-2)]；沿著步驟三中選定的觀測行或觀測列，分別導出沿X軸和Y軸方向的三種基色的邊方向數據和邊反射狀況，并分別使用累加器計數沿著X軸和Y軸方向的峰、谷的數目：N_RX軸峰(j+1)、N_RX軸谷(j+1)、N_RY軸峰(j+1)和N_RY軸谷(j+1)，N_GX軸峰(j+1)、N_GX軸谷(j+1)、N_GY軸峰(j+1)和N_GY軸谷(j+1)，N_BX軸峰(j+1)、N_BX軸谷(j+1)、N_BY軸峰(j+1)和N_BY軸谷(j+1)；

步驟六、對比所述參考幀與所述比較幀中所選觀測行與觀測列的三種基色的邊反射狀況的位置，檢查其中的那些不知道來自何處的“鬼影邊反射狀況”---在所述比較幀的所選觀測行或觀測列發現的這些峰或谷，在所述參考幀的所選觀測行或觀測列的相應位置及其附近的一個像素間距范圍內發生缺失，用六個累加器分別統計和跟蹤它們的數目：N_RX鬼影邊(j+1)、N_RY鬼影邊(j+1)、N_GX鬼影邊(j+1)、N_GY鬼影邊(j+1)、N_BX鬼影邊(j+1)、N_BY鬼影邊(j+1)；

如果三種基色中有兩種或兩種以上的基色的“鬼影邊反射狀況”滿足：

或

則認為測量“失去跟蹤”，并發出一個警告信號，式中，誤差容限值error1表示比較幀中沿著所選觀測行或觀測列，紅、綠和藍三種基色之一的鬼影邊反射狀況發生的數目占該基色的全部邊反射狀況數目的百分比，可以根據物體表面的光學性質和測量環境來預置，例如預置為：error1＝5％；所述比較幀的邊上的邊反射狀況不考慮“鬼影邊反射狀況”，它們有可能來自光電像素陣列的外部；

步驟七、如果測量“失去跟蹤”，回到步驟一，重新開始測量工作；

步驟八、如果測量沒有“失去跟蹤”，則繼續本次測量工作：沿著所選觀測行與所選觀測列，根據攝像頭的三基色分量數據，運用峰/谷亞像素位移探測算法，分別計算三基色分量的亞像素位移：

本次測量中，總的亞像素位移計算式是：

步驟九、本次測量中，物體的速度矢量計算式為：

步驟十、以步驟五中的比較幀作為新的參考幀，距拍攝此幀一定的間歇時間dt，重新拍攝一幀作為新的比較幀，即跳到步驟五，繼續測量。

根據權利要求2所述的測量亞像素位移的峰谷運動探測方法及裝置，其特征在于，所述攝像頭拍攝及峰/谷運動探測亞像素位移程序之步驟二所述紅色、綠色或藍色的邊方向數據的定義是：

根據像素陣列中紅色、綠色或藍色這三種基色之一的分量數據，沿著X軸或者沿著Y軸方向，如果一個像素的某種三基色分量值比其后面的第二個像素相應的三基色分量值還要小一個誤差容限值error，即如果

I(X，Y)_紅＜I_紅(X+2，Y)-error或I(X，Y)_紅＜I(X，Y+2)_紅-error

I(X，Y)_綠＜I_綠(X+2，Y)-error或I(X，Y)_綠＜I(X，Y+2)_綠-error

I(X，Y)_藍＜I_藍(X+2，Y)-error或I(X，Y)_藍＜I(X，Y+2)_藍-error

則定義這兩個像素之間存在一個紅色的、綠色的或藍色的正邊；如果一個像素的某種三基色分量值比其后面的第二個像素相應的三基色分量值還要大一個誤差容限值error，即如果??I(X，Y)_紅＞I_紅(X+2，Y)+error或I(X，Y)_紅＞I(X，Y+2)_紅+error

I(X，Y)_綠＞I_綠(X+2，Y)+error或I(X，Y)_綠＞I(X，Y+2)_綠+error

I(X，Y)_藍＞I_藍(X+2，Y)+error或I(X，Y)_藍＞I(X，Y+2)_藍+error

則定義這兩個像素之間存在一個紅色的、綠色的或藍色的負邊；如此獲得的邊位于該像素之后的第一個像素的位置，也即位于參與比較的兩個像素的中間位置的那個像素上；如果一個像素的某種三基色分量值與其后面的第二個像素相應的三基色分量值接近，其RGB分量值相差不超過一個誤差容限值error，即如果

I(X+2，Y)_紅-error＜I(X，Y)_紅＜I(X+2，Y)_紅+error

或

I(X，Y+2)_紅-error＜I(X，Y)_紅＜I(X，Y+2)_紅+error；

??I(X+2，Y)_綠-error＜I(X，Y)_綠＜I(X+2，Y)_綠+error

或I(X，Y+2)_綠-error＜I(X，Y)_綠＜I(X，Y+2)_綠+error；

??I(X+2，Y)_藍-error＜I(X，Y)_藍＜I(X+2，Y)_藍+error

或I(X，Y+2)_藍-error＜I(X，Y)_藍＜I(X，Y+2)_藍+error；

則認為這兩個像素之間不存在該顏色波長對應的“邊”，或稱之為第三類該顏色的邊；沿著某一個坐標軸方向，所有的紅色的正邊和紅色的負邊以及第三類紅色的邊組成該方向紅色的邊方向數據，所有的綠色的正邊和綠色的負邊以及第三類綠色的邊組成該方向綠色的邊方向數據，所有的藍色的正邊和藍色的負邊以及第三類藍色的邊組成該方向藍色的邊方向數據；上式中的誤差容限值可以根據具體的光照情況，預置為一個小的數值，例如：error＝10；像素陣列中的四個邊與角上的像素位置不存在邊方向數據。

根據權利要求2所述的測量亞像素位移的峰谷運動探測方法及裝置，其特征在于，所述攝像頭拍攝及峰/谷運動探測亞像素位移程序之所述步驟四和步驟五中所述沿X軸和Y軸方向的一種基色的邊反射狀況，其定義為：

根據所選觀測行與觀測列的像素的紅色、綠色或藍色的邊方向數據，沿著X軸或沿著Y軸方向，如果連續的兩個或多于兩個的某種基色的正邊，或連續的兩個或多于兩個的該基色的第三類邊之后跟著一個該基色的負邊，稱之為該基色的第一類邊反射狀況，即認為在此位置存在一個該基色的峰；如果連續的兩個或多于兩個的某種基色的負邊，或連續的兩個或多于兩個的該基色的第三類邊之后跟著一個該基色的正邊，稱之為該基色的第二類邊反射狀況，即認為在此位置存在一個該基色的谷；

根據權利要求2所述的測量亞像素位移的峰谷運動探測方法及裝置，其特征在于，所述攝像頭拍攝及峰/谷運動探測亞像素位移程序之所述步驟八中所述的峰/谷亞像素位移探測算法包括：

對于某種三基色，比較所述參考幀與所述比較幀里所選定的觀測行與觀測列之對應的峰、谷的位置，籍此判斷所述觀測行與觀測列里對應的峰、谷的移動方向，并分別使用累加器計數跟蹤所述峰、谷沿所述坐標軸的移動情況，具體地，

在所述觀測行像素中，如果某一個三基色的峰在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向右位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色峰向右位移的個數的累加器N_峰向右移+1，如果某一個三基色峰在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向左位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色峰向左位移的個數的累加器N_峰向左移+1；如果某一個三基色的谷在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向右位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色的谷向右位移的個數的累加器N_谷向右移+1，如果某一個三基色的谷在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向左位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色的谷向左位移的個數的累加器N_谷向左移+1；

在所述觀測列像素中，如果某一個三基色的峰在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向上位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色的峰向上位移的個數的累加器N_峰向上移+1，如果某一個三基色的峰在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向下位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色的峰向下位移的個數的累加器N_峰向下移+1；如果某一個三基色的谷在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向上位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色的谷向上位移的個數的累加器N_谷向上移+1，如果某一個三基色的谷在比較幀里的位置相對它在參考幀里的位置向下位移了一個像素間距單位，則跟蹤該基色的谷向下位移的個數的累加器N_谷向下移+1；

如果N_峰向右移(j+1)＞N_峰向左移(j+1)，則計為ΔX_峰位移(j+1)＝+0.5，

如果N_峰向右移(j+1)＜N_峰向左移(j+1)，則計為ΔX_峰位移(j+1)＝-0.5；

如果N_谷向右移(j+1)＞N_谷向左移(j+1)，則計為ΔX_谷位移(j+1)＝+0.5，

如果N_谷向右移(j+1)＜N_谷向左移(j+1)，則計為ΔX_谷位移(j+1)＝-0.5；

類似地，

如果N_峰向|移(j+1)＞N_峰向下移(j+1)，則計為ΔY_峰位移(j+1)＝+0.5，

如果N_峰向|移(j+1)＜N_峰向下移(j+1)，則計為ΔY_峰位移(j+1)＝-0.5，

如果N_谷向|移(j+1)＞N_谷向下移(j+1)，則計為ΔY_谷位移(j+1)＝+0.5，

如果N_谷向|移(j+1)＜N_谷向下移(j+1)，則計為ΔY_谷位移(j+1)＝-0.5，

上述式中，L_{像素-像素}表示像素間距，其單位可以是μm、mm或inch等，其它符號的含義如字符所標記，例如，N即數目(Number)，上述計算式均當分別應用于攝像頭像素陣列的某個具體的三基色分量數據。