CN102694963A - 一种获取无阴影目标图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特定目标图像的阴影去除方法。该方法针对尺寸已知的物体，根据该物体所处的地理位置、当前时间计算出太阳的方位角，获得目标的投影方向，并结合摄像机的拍摄方向，确定物体与其阴影在图像中的相对位置关系，再将图像中与物体对应的目标图像像素保留、与阴影对应的阴影图像像素去除，即得到去阴影的图像，本发明的有益之处在于：算法简单；能快速有效的在图像中去除特定目标的阴影所成的像，使检测系统对目标进行检测时不受阴影的影响；适合工程实时应用。

Description

一种获取无阴影目标图像的方法

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体涉及基于计算机视觉的监控中特定目标图像的阴影去除方法。 

背景技术

计算机视觉技术在各个领域都得到了广泛的应用，如宾馆、银行、交通场景以及军事领域等。但是在实际应用过程中发现，检测系统对目标进行检测时会受到阴影的影响，所以有必要采取有效的方法去除图像中目标的阴影，为目标的正确识别提供条件。目前有很多的去除图像中的阴影的方法，如基于颜色的阴影去除方法、基于互相关的阴影去除方法和基于边缘的阴影去除方法，这些方法都有各自的优缺点以及适用的场合，一般上述方法因其计算量大而不适合在工程实时应用。当在工程应用中，对大小已知的特定目标进行去阴影时，如果仍然采用上述的方法，那么不但计算的工作量大，而且计算的步骤繁琐。 

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适合在工程实时应用的利用特定目标的尺寸信息结合阴影的投影方向将图像中的阴影去除的方法。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案： 

一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，包括如下的步骤： 

a、设置摄像器材，确定一定视角的拍摄视场，确定视场参数，并且调校摄像器材的拍摄参数； 

b、将前述拍摄参数和视场参数作为初始参数在主控计算机上进行输入并存储； 

c、主控计算机通过前述初始参数，建立图像像素与实际场景的对应关系； 

d、主控计算机获得时间信息； 

e、主控计算机结合前述时间信息和前述初始参数进行综合计算，获得前述拍摄视场中即时阴影参数； 

f、主控计算机根据目标实际大小的数据综合前述阴影参数计算出对应目标的图像像素并加以保留，其余图像像素作为阴影去除。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，前述初始参数包括：摄像器材焦距、摄像器材安装高度、摄像器材CCD的像元尺寸和摄像器材监控距离。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，前述初始参数包括：摄像器材的视场角、摄像器材所在位置的经纬度、摄像器材的镜头对准的方向。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，主控计算机通过其内部的计时系统获得时间。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，主控计算机通过外设的GPS授时装置获得时间信息。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，前述阴影参数包括太阳方位角和投影方向。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，前述目标 的实际大小的数据为目标的实际宽度。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，前述初始参数包括：焦距、安装高度、CCD的像元尺寸和监控距离、摄像器材的视场角、摄像器材所在位置的经纬度、摄像器材的镜头对准的方向；前述目标的实际大小的数据为目标的实际宽度；前述建立图像像素与实际场景的对应关系的方法即建立图像宽度与实际宽度的对应关系的方法，具体如下： 

实际宽度为w′，其成像宽度为w，则通过 

建立对应关系，其中l为摄像器材成像CCD的像元尺寸、f为摄像器材镜头的焦距、h为摄像器材的镜头的安装高度、L为目标距离摄像器材镜头的水平距离；目标距离摄像器材镜头的水平距离L通过公式：  $L=\frac{h}{\tan (\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{fov}}-\arctan \left(\frac{(\frac{1}{2}{l}_{\mathrm{bc}}-l_{\mathrm{ac}})}{f}\right)+\arctan \left(\frac{h}{L_{{\mathrm{pc}}^{\′}}}\right))}$ 获得数据，其中θ_fov为摄像器材的视场角，假设摄像器材所在的竖直线与地面相交于一点p，a′为目标在地面上的位置，b′、c′为地面与视场边缘相交的两点，b′到前述p点的距离小于c′到前述p点的距离，前述点a′、b′和c′在前述摄像器材成像CCD所成图像上对应的像素位置分别为a、b和c，oo′为摄像器材的光轴，l_ac和l_bc为图像中a点、b点与c点的像素距离，L_pc′为实际场景中c′点与p点的距离。 

前述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，前述步骤f的具体过程为：主控计算机通过前述阴影参数计算出目标和目标阴 影在图像中所对应的像素之间相对位置关系，通过前述目标实际大小的数据得到真实尺寸对应图像中的图像像素的大小，该图像像素为参考图像像素，主控计算机再根据前述参考图像像素的大小以及特定目标所对应的目标图像像素与阴影所对应的阴影图像像素的相对位置关系，在图像中从目标图像像素一侧开始保留与参考图像像素大小相同的目标图像像素部分，去除其余图像像素部分，得到去除阴影后的特定目标图像。 

本发明的有益之处在于：算法简单；能快速有效的在图像中去除特定目标的阴影所成的像，使检测系统对目标进行检测时不受阴影的影响；适合工程实时应用。 

附图说明

图1是本发明的一种特定目标图像的阴影去除方法的流程框图； 

图2是本发明的一种特定目标图像的阴影去除方法的图像标定示意图； 

图3是本发明的一种特定目标图像的阴影去除方法的去除阴影图像像素的示意图； 

图中附图标记的含义： 

1-太阳，2-特定目标，3-阴影。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。 

参照图1，本发明的一种特定目标图像的阴影去除方法包括以下步骤： 

用户首先手动输入包括摄像器材的视场角、焦距、安装高度、CCD的像元尺寸和监控距离、摄像器材所在位置的经度、纬度和摄像器材的镜头对准的方向等在内的初始参数，以及特定目标的实际大小。 

作为一种优选的方案，特定目标的实际大小的数据为该特定目标的宽度，该特定目标在图像中对应有特定图像目标，特定目标的宽度与特定图像目标的宽度有较准确的对应关系，并且在特定目标位置变化时仍比较稳定，而特定图像目标的长度对本发明的去阴影的方法没有意义，因为当阳光从特定目标的正左方或正右方照射过来，得到的阴影与特定目标具有相同的长度，无法利用该方法进行去阴影，而特定目标的高度与特定图像目标的高度难以获得较准确的对应关系。 

用户手动输入的初始参数，全部储存在主控计算机的存储器中，待后续标定图像、计算太阳方位角时调用。 

当有特定目标进入监控范围时，主控计算机开始处理含有特定图像目标的图像。 

主控计算机首先从存储器中读取初始参数，对图像进行标定，建立图像像素与实际场景的对应关系，也就是建立特定目标的图像宽度与实际宽度的对应关系。 

参照图2，已知摄像器材的视场角为θ_fov、焦距为f、安装高度为h、摄像器材的CCD的像元尺寸为l。设摄像器材所在的竖直线与地面相交于一点p，a′为特定目标在地面上的位置，b′、c′为地面与视场边缘相交的两点，b′到p点的距离小于c′到p点的距离，a′与摄像器材的水平距离为L_pa′，点a′、b′和c′在摄像器材的CCD所成图像上对应的 像素位置分别为a、b和c，oo′为摄像器材的光轴，l_ac和l_bc为图像中a点、b点与c点的像素距离，L_pa′和L_pc′为实际场景中a′点、c′点与p点的距离,其中L_pa′记做L。 

则可得到实际场景中特定目标所在的位置点a′与摄像器材的水平距离L， 

$L=\frac{h}{\tan (\frac{1}{2}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{fov}}-\arctan \left(\frac{(\frac{1}{2}{l}_{\mathrm{bc}}-l_{\mathrm{ac}})}{f}\right)+\arctan \left(\frac{h}{L_{{\mathrm{pc}}^{\′}}}\right))}---\left(1\right)$

设某一物体的真实宽度为w′，其在CCD所成图像上的成像宽度为w，其距离摄像器材的水平距离为L，则有 

$w^{\′}=\frac{w\·l\·\sqrt{L^2+h^2}}{f}---\left(2\right)$

参照图3，假设特定目标2的真实宽度为m’，那么主控计算机根据上述的图像像素与实际场景的对应关系便可以计算出特定目标2在摄像器材的CCD所成图像上的成像宽度为m，m为参考图像像素。 

主控计算机对含有特定图像目标的图像从左侧或者是右侧开始进行列扫描，若从第n列开始连续有且只有m列的灰度值超过阈值，那么主控计算机所获得的图像即为不含有阴影的特定目标的图像；若从第n列开始连续有大于m列的灰度值超过阈值，则判断出特定目标2包含有阴影3； 

在主控计算机判断特定目标2包含有阴影3的情况下，首先获得时间信息。 

作为一种优选方案，主控计算机通过其内部的计时系统获得时间， 优化了设置。 

作为一种优选方案，主控计算机通过外设的GPS授时装置获得时间信息，由于GPS授时装置从GPS卫星上获取标准的时间信号，所以可以达到与其他需要时间信息的设备的时间同步，时间更加精准，缩小了误差。 

然后，主控计算机读取存储器中存储的初始参数，根据存储的初始参数和当前时间信息，综合计算出当前拍摄视场中即时阴影参数，阴影参数包括太阳方位角和投影方向，再根据摄像器材的镜头对准的方向进一步确定特定目标2与阴影3的相对位置关系。 

为了便于理解，参照图3（a），假设在某一地点的某一具体时间，太阳1从特定目标2的左方照射过来，那么阴影3便投射在特定目标2的右方。 

参照图3（b），特定目标2与其阴影3在CCD上共同成像，所成像的宽度大于特定目标2不含阴影时的成像宽度m，并且特定目标2所对应的目标图像像素在阴影3所对应的阴影图像像素的左侧。所以，主控计算机从图像的左侧开始向右侧进行列扫描，从第n列开始像素点的灰度值超过阈值，再继续扫描m列便得到特定目标2所对应的图像，保留第n列像素点到第n+m列像素点之间的图像；从第n+m列开始继续向右侧进行列扫描，之后得到的图像便为阴影3的图像，去掉该部分的图像，主控计算机得到去除阴影后的特定目标图像。 

同样的，若在某一地点的某一具体时间，太阳是从特定目标的右方照射过来，那么主控计算机便从图像的右侧向左侧进行列扫描，保 留靠近右侧的目标图像像素，去除在目标图像像素左侧的阴影图像像素。 

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。 

Claims (9)

1.一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，包括如下的步骤：

a、设置摄像器材，确定一定视角的拍摄视场，确定视场参数，并且调校摄像器材的拍摄参数；

b、将上述拍摄参数和视场参数作为初始参数在主控计算机上进行输入并存储；

c、主控计算机通过上述初始参数，建立图像像素与实际场景的对应关系；

d、主控计算机获得时间信息；

e、主控计算机结合上述时间信息和上述初始参数进行综合计算，获得上述拍摄视场中即时阴影参数；

f、主控计算机根据目标实际大小的数据综合上述阴影参数计算出对应目标的图像像素并加以保留，其余图像像素作为阴影去除。

2.根据权利要求1所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，上述初始参数包括：摄像器材焦距、摄像器材安装高度、摄像器材CCD的像元尺寸和摄像器材监控距离。

3.根据权利要求1所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，上述初始参数包括：摄像器材的视场角、摄像器材所在位置的经纬度、摄像器材的镜头对准的方向。

4.根据权利要求1所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，主控计算机通过其内部的计时系统获得时间。

5.根据权利要求1所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，主控计算机通过外设的GPS授时装置获得时间信息。 

6.根据权利要求1所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，上述阴影参数包括太阳方位角和投影方向。

7.根据权利要求1所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，上述目标的实际大小的数据为目标的实际宽度。

8.根据权利要求1所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，上述初始参数包括：摄像器材的焦距、安装高度、CCD的像元尺寸和监控距离、摄像器材的视场角、摄像器材所在位置的经纬度、摄像器材的镜头对准的方向；上述目标的实际大小的数据为目标的实际宽度；上述建立图像像素与实际场景的对应关系的方法即建立图像宽度与实际宽度的对应关系的方法，具体如下：

实际宽度为w′，其成像宽度为w，则通过 建立对应关系，其中l为摄像器材成像CCD的像元尺寸、f为摄像器材镜头的焦距、h为摄像器材的镜头的安装高度、L为目标距离摄像器材镜头的水平距离；目标距离摄像器材镜头的水平距离L通过公式： 

获得数据，其中θ_fov为摄像器材的视场角，假设摄像器材所在的竖直线与地面相交于一点p，a′为目标在地面上的位置，b′、c′为地面与视场边缘相交的两点，b′到上述p点的距离小于c′到上述p点的距离，上述点a′、b′和c′在上述摄像器材成像CCD所成图像上对应的像素位置分别为a、b和c，oo′为摄像器材的光轴，l_ac和l_bc为图像中a点、b点与c点的像素距离，L_pc′ 为实际场景中c′点与p点的距离。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种获取无阴影目标图像的方法，其特征在于，上述步骤f的具体过程为：主控计算机通过上述阴影参数计算出目标和目标阴影在图像中所对应的像素之间相对位置关系，通过上述目标实际大小的数据得到真实尺寸对应图像中的图像像素的大小，该图像像素为参考图像像素，计算机再根据上述参考图像像素的大小以及特定目标所对应的目标图像像素与阴影所对应的阴影图像像素的相对位置关系，在图像中从目标图像像素一侧开始保留与参考图像像素大小相同的目标图像像素部分，去除其余图像像素部分，得到去除阴影后的特定目标图像。 

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