[發明專利]一種基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統及方法

無效

• 申請號: 201310498716.4
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103544714A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 楊永興;吳南健;石匆;楊杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;G06T5/00;G05D3/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統，其特征在于，該系統包括：

光學鏡頭，用于對追蹤目標進行成像；

圖像采集及視覺處理片上系統，用于實現圖像采集和視覺分析；

高速旋轉平臺，用于安裝光學鏡頭和圖像采集及視覺處理片上系統；

電源管理模塊，用于為系統中各部分提供合適穩定的電源，保證系統正常工作。

2.根據權利要求1所述的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統，其特征在于，該光學鏡頭為可調焦鏡頭，能夠根據環境及追蹤目標需求而自動調節，以達到最好的成像效果。

3.根據權利要求1所述的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統，其特征在于，該圖像采集及視覺處理片上系統是將圖像采集和視覺處理集成在同一芯片上，包括圖像采集子模塊、視覺處理子模塊和執行器控制子模塊，其中：

該圖像采集子模塊為二維像素陣列，用于對高速采集的圖像進行初步去噪和模數轉換，然后傳輸至視覺處理子模塊；

該視覺處理子模塊，用于根據實際的應用算法，對來自圖像采集子模塊的圖像進行低、中、高級處理，獲取目標的位置和速度信息；

該執行器控制子模塊，用于根據得到的目標的位置、速度信息，計算高速旋轉平臺所需的運動方向和角度，進而生成相應的控制伺服電機運轉方向和角度的脈沖。

4.根據權利要求3所述的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統，其特征在于，該視覺處理子模塊包括像素處理器、局部處理器和全局處理器，其中，像素處理器為二維像素陣列，每一單元對應一個或多個像素，用于對圖像進行像素級并行處理；局部處理器用于將一定范圍內的圖像進行特征提取；全局處理器用于對整個圖像提取特征并進行判決。

5.根據權利要求3所述的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統，其特征在于，該視覺處理子模塊的高級處理部分和執行器控制子模塊共用多核精簡指令處理器，在保證系統性能的前提下提升硬件利用率。

6.根據權利要求1所述的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統，其特征在于，該高速旋轉平臺為三自由度(x,y,z)旋轉平臺，由x,y,z伺服電機及其相應的傳動裝置組成，在接收到執行器控制子模塊的控制脈沖后精確運動到指定角度，并將運動角度傳回執行器控制子模塊。

7.根據權利要求1所述的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統，其特征在于，該視覺追蹤系統通過USB、以太網口接口與上位機或網絡相連接，下載追蹤算法并將追蹤的結果、位置、速度信息進行發布。

8.一種基于高速圖像傳感器的視覺追蹤方法，應用于權利要求1至7中任一項所述的視覺追蹤系統，其特征在于，該方法對于圖像采集及視覺處理片上系統獲得的每一幀圖像，執行以下步驟：

步驟a：對其進行圖像預處理以減小噪聲，突出特征點；

步驟b：計算并更新背景；

步驟c：將當前圖像與背景相減取模以獲得運動差值；

步驟d：對差值圖進行閾值分割，獲得運動目標的大致坐標；

步驟e：提取獲得坐標周圍一定范圍內的顏色直方圖；

步驟f：將獲取的直方圖與目標直方圖進行相似性比對；

步驟g：對比對結果進行判決并獲取目標具體位置，更新目標直方圖；若沒有匹配目標，即目標丟失，則依據之前獲得的目標位置信息進行目標搜索；

步驟h：根據目標位置控制高速旋轉平臺運動到相應位置并對光學鏡頭進行適當調焦；

步驟i：流程返回步驟a，繼續追蹤目標。