[發(fā)明專利]一種基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310498716.4
• 申請日: 2013-10-22
• 公開（公告）號: CN103544714A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊永興;吳南健;石匆;楊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)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(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可編程視覺芯片及安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統(tǒng)及方法，具有高速度、高集成、低功耗、低成本的優(yōu)勢，可應(yīng)用于安全監(jiān)控和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動檢測中。

背景技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和機(jī)器視覺的發(fā)展，通過攝像頭及相應(yīng)的圖像處理網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和追蹤系統(tǒng)被越來越多的行業(yè)所采用。目前帶有自動追蹤功能的監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩類：一種是基于PC的監(jiān)控追蹤系統(tǒng)，通過將圖像傳輸?shù)絇C上利用相應(yīng)軟件進(jìn)行處理、識別和追蹤，但限于傳輸瓶頸，其處理速度較慢且成本較高；另一類是基于嵌入式系統(tǒng)的追蹤系統(tǒng)，其主要采用CPU或DSP對圖像進(jìn)行處理，但傳輸瓶頸依然存在(一般不超過50幀/秒)，并由于處理能力有限，應(yīng)用復(fù)雜度也受限。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種高集成度、高性能、低成本、低功耗的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下運(yùn)動目標(biāo)的追蹤，可應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和安全監(jiān)控等領(lǐng)域中。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：光學(xué)鏡頭，用于對追蹤目標(biāo)進(jìn)行成像；圖像采集及視覺處理片上系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)圖像采集和視覺分析；高速旋轉(zhuǎn)平臺，用于安裝光學(xué)鏡頭和圖像采集及視覺處理片上系統(tǒng)；電源管理模塊，用于為系統(tǒng)中各部分提供合適穩(wěn)定的電源，保證系統(tǒng)正常工作。

上述方案中，該光學(xué)鏡頭為可調(diào)焦鏡頭，能夠根據(jù)環(huán)境及追蹤目標(biāo)需求而自動調(diào)節(jié)，以達(dá)到最好的成像效果。

上述方案中，該圖像采集及視覺處理片上系統(tǒng)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(zhí)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(jìn)行初步去噪和模數(shù)轉(zhuǎn)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(jù)實(shí)際的應(yīng)用算法，對來自圖像采集子模塊的圖像進(jìn)行低、中、高級處理，獲取目標(biāo)的位置和速度信息；該執(zhí)行器控制子模塊，用于根據(jù)得到的目標(biāo)的位置、速度信息，計(jì)算高速旋轉(zhuǎn)平臺所需的運(yùn)動方向和角度，進(jìn)而生成相應(yīng)的控制伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向和角度的脈沖。

上述方案中，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(yīng)一個或多個像素，用于對圖像進(jìn)行像素級并行處理；局部處理器用于將一定范圍內(nèi)的圖像進(jìn)行特征提取；全局處理器用于對整個圖像提取特征并進(jìn)行判決。

上述方案中，該視覺處理子模塊的高級處理部分和執(zhí)行器控制子模塊共用多核精簡指令處理器，在保證系統(tǒng)性能的前提下提升硬件利用率。

上述方案中，該高速旋轉(zhuǎn)平臺為三自由度(x,y,z)旋轉(zhuǎn)平臺，由x,y,z伺服電機(jī)及其相應(yīng)的傳動裝置組成，在接收到執(zhí)行器控制子模塊的控制脈沖后精確運(yùn)動到指定角度，并將運(yùn)動角度傳回執(zhí)行器控制子模塊。

上述方案中，該視覺追蹤系統(tǒng)通過USB、以太網(wǎng)口接口與上位機(jī)或網(wǎng)絡(luò)相連接，下載追蹤算法并將追蹤的結(jié)果、位置、速度信息進(jìn)行發(fā)布。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于高速圖像傳感器的視覺追蹤方法，該方法對于圖像采集及視覺處理片上系統(tǒng)獲得的每一幀圖像，執(zhí)行以下步驟：步驟a：對其進(jìn)行圖像預(yù)處理以減小噪聲，突出特征點(diǎn)；步驟b：計(jì)算并更新背景；步驟c：將當(dāng)前圖像與背景相減取模以獲得運(yùn)動差值；步驟d：對差值圖進(jìn)行閾值分割，獲得運(yùn)動目標(biāo)的大致坐標(biāo)；步驟e：提取獲得坐標(biāo)周圍一定范圍內(nèi)的顏色直方圖；步驟f：將獲取的直方圖與目標(biāo)直方圖進(jìn)行相似性比對；步驟g：對比對結(jié)果進(jìn)行判決并獲取目標(biāo)具體位置，更新目標(biāo)直方圖；若沒有匹配目標(biāo)，即目標(biāo)丟失，則依據(jù)之前獲得的目標(biāo)位置信息進(jìn)行目標(biāo)搜索；步驟h：根據(jù)目標(biāo)位置控制高速旋轉(zhuǎn)平臺運(yùn)動到相應(yīng)位置并對光學(xué)鏡頭進(jìn)行適當(dāng)調(diào)焦；步驟i：流程返回步驟a，繼續(xù)追蹤目標(biāo)。

(三)有益效果

從本發(fā)明的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統(tǒng)及方法，采用的圖像采集及視覺處理片上系統(tǒng)集成了圖像采集和處理兩大功能，圖像信息在片內(nèi)傳輸處理，消除了傳統(tǒng)圖像傳輸瓶頸；視覺處理部分采用低中高分級處理，并采取不同程度的并行處理，極大地提高了處理效率和精度，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動物體(1000幀/秒以上)的快速追蹤。

2、本發(fā)明提供的基于高速圖像傳感器的視覺追蹤系統(tǒng)及方法，采用片上系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集和處理，提高系統(tǒng)集成度，降低了應(yīng)用成本。