[發(fā)明專利]一種高速相機壓縮圖像快速重建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710027149.2
• 申請日: 2017-01-15
• 公開（公告）號: CN106780638A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 四川精目科技有限公司
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高速成像技術(shù)領(lǐng)域，特指一種高速相機壓縮圖像快速重建方法。

背景技術(shù)

在空氣動力學(xué)、流體力學(xué)、爆炸力學(xué)等諸多學(xué)科研究領(lǐng)域中，通常需要使用高速攝像機觀測快速變化的物理或化學(xué)現(xiàn)象。在實際應(yīng)用中，受相機數(shù)據(jù)傳輸接口帶寬限制，高速相機拍攝的海量圖像數(shù)據(jù)只能存儲于相機內(nèi)存中。高速相機在極短時間內(nèi)產(chǎn)生海量圖像數(shù)據(jù)，通常高達(dá)10GB，而高速相機內(nèi)存容量有限，難以實現(xiàn)大容量圖像數(shù)據(jù)存儲，從而導(dǎo)致無法長時間拍攝高分辨率視頻。

目前，在實際應(yīng)用中，通常采取循環(huán)錄制方式進(jìn)行拍攝，這種拍攝方式會覆蓋已拍攝圖像，而產(chǎn)生信息丟失問題。為實現(xiàn)高速相機長時間拍攝，高速相機廠商提供了“thin-out”拍攝模式，通過降低成像分辨率或幀率，以減小相同拍攝時間內(nèi)圖像數(shù)據(jù)、增加錄像時間。但是，這種以犧牲成像分辨率或幀率，來延長拍攝時間的“thin-out”模式，帶來的直接后果是：當(dāng)分辨率過低時，不能滿足定量或定性分析需求；當(dāng)幀率過低時，無法完整地捕捉快速變化對象。因此，從延長高速相機拍攝時長角度，非常有必要對高速相機拍攝圖像進(jìn)行壓縮后，再存儲或傳輸。

圖像數(shù)據(jù)是高度冗余的，這決定了其具有可壓縮性。通過圖像壓縮，可以在保證一定信息量前提下，大大降低圖像數(shù)據(jù)量，有利于圖像存儲和傳輸。現(xiàn)有的圖像壓縮方法，多采用JPEG、MPEG、H.264、H.265等壓縮算法或標(biāo)準(zhǔn)，這些算法或標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點是能夠極大降低圖像數(shù)據(jù)量，缺點是算法復(fù)雜非常高，即便采用專用硬件也只能實現(xiàn)低幀率視頻（1920*1080,120fps）壓縮，難以應(yīng)用于幀率為1000fps以上的高速相機中。

近期，申請?zhí)枮?01510717618.4的發(fā)明專利《一種延長高速相機拍攝時長的方法》提出了一種可在FPGA上進(jìn)行高速相機圖像實時壓縮以延長高速相機拍攝時長的方法。該方法為解決高速相機圖像壓縮提供了一條新思路。其基本方法是：如圖1所示，在攝像機端進(jìn)行圖像壓縮(a)、在計算機端進(jìn)行圖像重建(b)。

具體步驟如下：

1）在攝像機端，設(shè)置1個標(biāo)記矩陣F，如圖2所示，標(biāo)記矩陣F大小為w*h，元素取值為0或1，w是采集圖像寬度、h是采集圖像高度；根據(jù)標(biāo)記矩陣F中元素取值，對輸入圖像I_o進(jìn)行壓縮：當(dāng)F(u,v)=0時，不采集像素p(u,v,q)，當(dāng)F(u,v)=1時，采集像素p(u,v,q)，得到壓縮圖像I_c，下標(biāo)c表示I_c為壓縮圖像， (u,v)是標(biāo)記矩陣坐標(biāo)，也是圖像像素坐標(biāo)；如圖1所示，I_o上畫“X”的像素被丟棄、不采集，未畫“X”的像素被采集，I_o中的下標(biāo)o表示I_o為輸入圖像；

2）在計算機端，創(chuàng)建大小為w*h的空白圖像I，根據(jù)標(biāo)記矩陣F，構(gòu)建圖3所示查找表L；根據(jù)查找表L將壓縮圖像I_c中像素填充到空白圖像I對應(yīng)像素位置，得到重排序圖像I_s，下標(biāo)s表示I_s為重排序圖像；在重排序圖像I_s中，已填充的像素來源于壓縮圖像I_c，未填充的像素是需要估計其像素值的；通過開關(guān)中值濾波估計未填充像素的像素值，完成壓縮圖像重建，得到重建圖像I_r。

《一種延長高速相機拍攝時長的方法》專利中的仿真試驗證明了上述方法的有效性，但是，該專利的圖像重建算法，在圖像重建質(zhì)量、速度方面，還需進(jìn)一步提升。特別是，當(dāng)壓縮率較高時，比如等于99%時，該專利的圖像重建算法需要選擇較大的圖像濾波窗口，才能保證所有未采集像素被恢復(fù)出來。然而，較大尺寸濾波窗口，不但引起圖像模糊問題、導(dǎo)致重建圖像質(zhì)量下降，而且明顯增加圖像重建時間。

為提升高速相機壓縮圖像重建質(zhì)量和效率，本發(fā)明公開一種高速相機壓縮圖像快速重建方法。仿真試驗結(jié)果表明：本發(fā)明方法，在壓縮圖像重建質(zhì)量和速度兩個方面，均明顯優(yōu)于《一種延長高速相機拍攝時長的方法》專利中方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高速相機壓縮圖像快速重建方法，用于提升高速相機壓縮圖像重建質(zhì)量、速度。