[发明专利]用于高速视觉测量的基于合作目标的实时全局搜索方法

摘要

用于高速视觉测量的基于合作目标的实时全局搜索方法，涉及标记点搜索方法。它为了解决高速视觉测量中，全局搜索过程耗时过长、对相机分辨率敏感、系统更新率受制于目标的运动速度的问题。本发明的数据预处理模块中并行化的数据同时输出到数据缓冲控制模块和标记点实时检测模块。标记点实时检测模块检测到标记点像素后，将标记点后续相关数据发送到运算模块，运算模块为多流水线结构，当一帧图像传输结束后，即可输出所有标记点的坐标，经计算得出标记点质心数据并存入对应缓存。本发明具有全局搜索过程耗时短、鲁棒性好、对相机分辨率不敏感、对目标的运动速度不敏感的优点。本发明适用于图像处理领域及视觉测量领域。

主权项

1.用于高速视觉测量的基于合作目标的实时全局搜索方法，其特征在于：FPGA内部嵌入有相机数据传输与控制模块、数据预处理模块、数据缓存控制模块、标记点实时检测模块和运算模块，所述运算模块通过DSP EMIF数据通信接口与外部的DSP芯片相连；相机数据传输与控制模块：用于完成相机通讯接口控制，并将高速相机的像素数据并行输入到数据预处理模块，同时输出相机的同步时钟信号给数据预处理模块；数据预处理模块：用于保证后续的时钟频率在50MHz以下，该时钟频率来自于相机数据传输与控制模块输出的同步时钟信号；若该同步时钟信号在50MHz以上，则通过将数据位宽倍增的方式将该信号二分频；所述的实时全局搜索方法所应用的嵌入式系统，输入时钟为85MHz，数据预处理模块将二分频后并行的16像素数据同时输出到数据缓存控制模块和标记点实时检测模块；数据缓存控制模块：用于对h行像素进行缓冲，为t时刻高阈值搜索到的标记点像素提供t时刻之前h行的像素数据；标记点实时检测模块：采用双阈值法对合作目标的标记点进行搜索；运算模块：用于通过多级流水线实时计算出标记点的质心坐标，所述质心坐标的计算公式为：x‾=(Σi=t-mt-1xipi2+Σi=tnxipi2)/(Σi=t-mt-1pi2+Σi=tnpi2)]]>y‾=(Σi=t-mt-1yipi2+Σi=tnyipi2)/(Σi=t-mt-1pi2+Σi=tnpi2)---(1)]]>其中，m是指t时刻之前，属于相同标记点且灰度值大于低阈值的像素的个数，p_i是指第i个像素点的灰度值；所述运算模块包括目标识别与集中运算单元、n个目标像素积分模块、多目标参数存储模块和帧间除法与存储模块，n为大于1的整数；其中，标记点实时检测模块对标记点进行检测基于如下四点假设：假设一：假设安放在同一目标上的多个标记点在同一帧图像中具有相同尺寸的外切矩形，且其长宽分别为D_x和D_y；假设二：假设当相邻两帧图像之间，同一标记点的外切矩形面积的差异小于5%，此时两帧图像中，运动目标上标记点的外切矩形满足公式（2）：|D_x(t)-D_x(t-1)|<e    （2）|D_y(t)-Dy(t-1)|<e其中，e为允许偏差；假设三：在图像中，定义标记点区域为以标记点质心为中心，长和宽分别为a和b的矩形，则n个标记点区域之间不重合，即假设四：在相邻的两个标记点区域中，位于同一行且距离最近的两个标记点的像素之间的距离L大于12个像素，即L>12pixels；所述的a和b的取值通过如下方法确定：标记点区域的长和宽在第t帧图像的取值a(t)和b(t)为：a(t)=α₁D_x(t-1)/2+β₁    （4）b(t)=α₂D_y(t-1)/2+β₂当外切矩形为正方形时，则有Dx(t-1)=Dy(t-1)=Afλzt-1×10-3+c---(5)]]>其中，α₁与α₂为比例系数，A为标记点物理尺寸，f为标定后的镜头焦距，λ为图像传感器的像元尺寸，Z_t-1为上一帧的空间坐标定位中，深度方向计算结果，β₁和β₂为标记点外切矩形到标记点区域范围补偿值，c为补偿值；当DSP处理完一帧图像，根据式公式(4)和公式(5)计算后出a(t)和b(t)，将a(t)和b(t)的取值写回FPGA作为公式（6）和公式（7）的判定依据。