CN105069405A - 一种人体图像清晰化分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人体图像清晰化分析方法，该方法包括下列步骤：1)提供一种人体图像清晰化分析平台，所述分析平台包括潜水器主体、清晰化识别设备和数字信号处理设备，所述清晰化识别设备和所述数字信号处理设备都位于所述潜水器主体上，所述清晰化识别设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在人体，所述数字信号处理设备与所述清晰化识别设备连接，用于在确定存在人体时对人体相关信息进行处理，并将处理结果传送到水上；2)使用所述平台进行分析。通过本发明，能够对水下图像进行清晰化处理，并能够自动获取水下人体的相关信息，提高水下搜救的准确性。

Description

一种人体图像清晰化分析方法

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种人体图像清晰化分析方法。

背景技术

在水上事故发生时，当务之急的第一件事是搜索水下人员，以第一时间进行有效营救，然而，水下环境复杂，且搜索灯光容易在水下造成光散射，对搜索人员或搜索设备带来较大的干扰，而且如果使用人工搜索的方式，搜索时间有限且容易给搜索人员带来伤亡。

为此，本发明提出了一种人体图像清晰化分析方法，以机器搜索的方式替代人工搜索方式，而且各个部件能够适应水下环境，以及采用了去散射光的图像清晰化处理机制，从而有效、准确地检测到水下人员。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种人体图像清晰化分析方法，采用潜水器进行自动水下人员搜索，使用带有去散射光的高精度图像处理设备，并改造现有设备，使得各个部件时候水下环境，从而实现水下人体的高效、自动搜索和定位。

根据本发明的一方面，提供了一种人体图像清晰化分析方法，该方法包括下列步骤：1)提供一种人体图像清晰化分析平台，所述分析平台包括潜水器主体、清晰化识别设备和数字信号处理设备，所述清晰化识别设备和所述数字信号处理设备都位于所述潜水器主体上，所述清晰化识别设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在人体，所述数字信号处理设备与所述清晰化识别设备连接，用于在确定存在人体时对人体相关信息进行处理，并将处理结果传送到水上；2)使用所述平台进行分析。

更具体地，在所述人体图像清晰化分析平台中，还包括：水下摄像机，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备、CCD视觉传感器和超声波测距子设备，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CCD视觉传感器，所述超声波测距子设备用于测量所述潜水器主体距离前方人体的距离，并作为第一相对距离输出，所述辅助照明子设备为所述CCD视觉传感器的水下拍摄提供辅助照明，所述CCD视觉传感器对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力；移动硬盘，预先存储了灰度化人形模版，所述灰度化人形模版为对基准人体进行拍摄所得到的人体图像执行灰度化处理而获得；水上浮标，设置在所述潜水器主体的上方水面上；供电设备，设置在所述水上浮标上，包括防水密封罩、太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述防水密封罩用于容纳所述太阳能供电器件、所述蓄电池、所述切换开关和所述电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；北斗星定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收北斗星卫星发送的北斗星定位数据；声纳探测设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于探测所述潜水器主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第二相对距离输出；所述清晰化识别设备包括灰度化处理子设备、图像分割子设备、背景估计子设备、背景剥离子设备、散射光滤除子设备和目标识别子设备；所述灰度化处理子设备与所述CCD视觉传感器连接，用于对所述水下图像执行灰度化处理以获得灰度化水下图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备连接，基于所述灰度化水下图像的分辨率自适应地对所述灰度化水下图像进行分块，以获得各个分块图像；所述背景估计子设备与所述图像分割子设备连接，对每一个分块图像执行背景估计处理：基于每一个分块图像的各个像素的灰度值计算每一个分块图像的灰度平均值，将获得的灰度平均值作为被计算的分块图像的背景灰度值；所述背景剥离子设备与所述背景估计子设备连接，将每一个分块图像的各个像素的灰度值减去该分块图像对应的背景灰度值以获得每一个分块图像的去背景灰度子图像，并将所有分块图像的去背景灰度子图像合并以组成背景剥离图像；所述散射光滤除子设备与所述背景剥离子设备、所述超声波测距子设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述第二相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述第二相对距离和所述辅助照明亮度去除所述背景剥离图像中因为辅助照明子设备照射而在前方目标上形成的散射光成份，以获得清晰化背景剥离图像；所述目标识别子设备与所述散射光滤除子设备和所述移动硬盘连接，将所述清晰化背景剥离图像与灰度化人形模版匹配，匹配成功，则发出人体获取信号，将所述散射光滤除子设备中被匹配出的人体子图像分割并输出，匹配识别，则发出无人体信号；所述数字信号处理设备与所述水下摄像机、所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备、所述清晰化识别设备和所述三个直流电机分别连接，用于监视所述三个直流电机的工作状态，还用于在接收到所述人体获取信号时，启动所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备以接收所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离，基于所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离计算并输出人体定位数据，并通过电缆将所述水下图像、所述清晰化背景剥离图像和所述人体定位数据传输到岸基处理设备；所述数字信号处理设备在接收到所述无人体信号时，关闭所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备；其中，所述岸基处理设备位于水上船舶或岸边位置，通过电缆与所述数字信号处理设备连接。

更具体地，在所述人体图像清晰化分析平台中：所述数字信号处理设备为TI公司的DSP处理芯片。

更具体地，在所述人体图像清晰化分析平台中：所述灰度化处理子设备、所述图像分割子设备、所述背景估计子设备、所述背景剥离子设备、所述散射光滤除子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述人体图像清晰化分析平台中：所述数字信号处理设备还实时监控自身的资源占用百分比。

更具体地，在所述人体图像清晰化分析平台中：所述数字信号处理设备在自身的资源占用百分比小于预定百分比阈值时，替换所述背景估计子设备的全部操作。

更具体地，在所述人体图像清晰化分析平台中：所述数字信号处理设备在自身的资源占用百分比大于等于预定百分比阈值时，退出对所述背景估计子设备的全部操作的替换。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的人体图像清晰化分析平台的结构方框图。

附图标记：1数字信号处理设备；2潜水器主体；3清晰化识别设备

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的人体图像清晰化分析平台的实施方案进行详细说明。

随着水上旅游事业的发展，乘坐江轮或海轮沿江或沿海旅游已经成为一种旅游趋势，然而，在水上旅游，由于水面环境的复杂性和容易受到天气影响的原因，水上事故不发生则已，一发生就容易造成重大事故。

在发生事故时，掉进水里的人们被溺亡的可能性很大，营救的有效性往往取决于如何在最短的时间内找到水下人员，但是，水下环境复杂，而且营救人员或营救设备的照明光源容易造成光散射，给水下救援带来不便，同时，使用人工救援的方式也可能造成营救人员的人身伤害。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种人体图像清晰化分析平台，将搜索人体的设备安装在潜水器上，采用机器搜索，并配备了清晰化图像处理设备和高精度人体识别设备，提高了人体搜索的效率，避免浪费搜索时间，以求最大可能地挽救落水人员的生命。

图1为根据本发明实施方案示出的人体图像清晰化分析平台的结构方框图，所述分析平台包括潜水器主体、清晰化识别设备和数字信号处理设备，所述清晰化识别设备和所述数字信号处理设备都位于所述潜水器主体上，所述清晰化识别设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在人体，所述数字信号处理设备与所述清晰化识别设备连接，用于在确定存在人体时对人体相关信息进行处理，并将处理结果传送到水上。

接着，继续对本发明的人体图像清晰化分析平台的具体结构进行进一步的说明。

所述分析平台还包括：水下摄像机，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备、CCD视觉传感器和超声波测距子设备，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CCD视觉传感器，所述超声波测距子设备用于测量所述潜水器主体距离前方人体的距离，并作为第一相对距离输出，所述辅助照明子设备为所述CCD视觉传感器的水下拍摄提供辅助照明，所述CCD视觉传感器对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像。

所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力。

所述分析平台还包括：移动硬盘，预先存储了灰度化人形模版，所述灰度化人形模版为对基准人体进行拍摄所得到的人体图像执行灰度化处理而获得；水上浮标，设置在所述潜水器主体的上方水面上。

所述分析平台还包括：供电设备，设置在所述水上浮标上，包括防水密封罩、太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述防水密封罩用于容纳所述太阳能供电器件、所述蓄电池、所述切换开关和所述电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。

所述分析平台还包括：北斗星定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收北斗星卫星发送的北斗星定位数据。

所述分析平台还包括：声纳探测设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于探测所述潜水器主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第二相对距离输出。

所述清晰化识别设备包括灰度化处理子设备、图像分割子设备、背景估计子设备、背景剥离子设备、散射光滤除子设备和目标识别子设备；所述灰度化处理子设备与所述CCD视觉传感器连接，用于对所述水下图像执行灰度化处理以获得灰度化水下图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备连接，基于所述灰度化水下图像的分辨率自适应地对所述灰度化水下图像进行分块，以获得各个分块图像；所述背景估计子设备与所述图像分割子设备连接，对每一个分块图像执行背景估计处理：基于每一个分块图像的各个像素的灰度值计算每一个分块图像的灰度平均值，将获得的灰度平均值作为被计算的分块图像的背景灰度值；所述背景剥离子设备与所述背景估计子设备连接，将每一个分块图像的各个像素的灰度值减去该分块图像对应的背景灰度值以获得每一个分块图像的去背景灰度子图像，并将所有分块图像的去背景灰度子图像合并以组成背景剥离图像；所述散射光滤除子设备与所述背景剥离子设备、所述超声波测距子设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述第二相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述第二相对距离和所述辅助照明亮度去除所述背景剥离图像中因为辅助照明子设备照射而在前方目标上形成的散射光成份，以获得清晰化背景剥离图像；所述目标识别子设备与所述散射光滤除子设备和所述移动硬盘连接，将所述清晰化背景剥离图像与灰度化人形模版匹配，匹配成功，则发出人体获取信号，将所述散射光滤除子设备中被匹配出的人体子图像分割并输出，匹配识别，则发出无人体信号。

所述数字信号处理设备与所述水下摄像机、所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备、所述清晰化识别设备和所述三个直流电机分别连接，用于监视所述三个直流电机的工作状态，还用于在接收到所述人体获取信号时，启动所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备以接收所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离，基于所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离计算并输出人体定位数据，并通过电缆将所述水下图像、所述清晰化背景剥离图像和所述人体定位数据传输到岸基处理设备；所述数字信号处理设备在接收到所述无人体信号时，关闭所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备。

其中，所述岸基处理设备位于水上船舶或岸边位置，通过电缆与所述数字信号处理设备连接。

可选地，所述数字信号处理设备为TI公司的DSP处理芯片；所述灰度化处理子设备、所述图像分割子设备、所述背景估计子设备、所述背景剥离子设备、所述散射光滤除子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上；所述数字信号处理设备还实时监控自身的资源占用百分比；所述数字信号处理设备在自身的资源占用百分比小于预定百分比阈值时，替换所述背景估计子设备的全部操作；所述数字信号处理设备在自身的资源占用百分比大于等于预定百分比阈值时，退出对所述背景估计子设备的全部操作的替换。

另外，CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(PassivePixelSensorCMOS)与主动式像素传感器(ActivePixelSensorCMOS)。

被动式像素传感器(PassivePixelSensor，简称PPS)，又叫无源式像素传感器，他由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线(Columnbus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Chargeintegratingamplifier)保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。

主动式像素传感器(ActivePixelSensor，简称APS)，又叫有源式像素传感器。几乎在CMOSPPS像素结构发明的同时，人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOSAPS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了“封装密度”，使40％～50％的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOSAPS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOSAPS的功耗比CCD图像传感器的还小。

采用本发明的人体图像清晰化分析平台，针对现有技术中水下搜索难度大、散射光干扰强的技术问题，采用潜水器为平台载体，替代人工搜索方式以保护搜索人员安全，采用高精度、去散射光的图像处理设备精确对水下人员进行识别和定位，从而，缩短营救时间，为水下落难人员的存活增加概率。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种人体图像清晰化分析方法，该方法包括下列步骤：

1)提供一种人体图像清晰化分析平台，所述分析平台包括潜水器主体、清晰化识别设备和数字信号处理设备，所述清晰化识别设备和所述数字信号处理设备都位于所述潜水器主体上，所述清晰化识别设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在人体，所述数字信号处理设备与所述清晰化识别设备连接，用于在确定存在人体时对人体相关信息进行处理，并将处理结果传送到水上；

2)使用所述平台进行分析。

2.如权利要求1所述的人体图像清晰化分析方法，其特征在于，所述分析平台还包括：

水下摄像机，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备、CCD视觉传感器和超声波测距子设备，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CCD视觉传感器，所述超声波测距子设备用于测量所述潜水器主体距离前方人体的距离，并作为第一相对距离输出，所述辅助照明子设备为所述CCD视觉传感器的水下拍摄提供辅助照明，所述CCD视觉传感器对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；

所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力；

移动硬盘，预先存储了灰度化人形模版，所述灰度化人形模版为对基准人体进行拍摄所得到的人体图像执行灰度化处理而获得；

水上浮标，设置在所述潜水器主体的上方水面上；

供电设备，设置在所述水上浮标上，包括防水密封罩、太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述防水密封罩用于容纳所述太阳能供电器件、所述蓄电池、所述切换开关和所述电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；

北斗星定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收北斗星卫星发送的北斗星定位数据；

声纳探测设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于探测所述潜水器主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第二相对距离输出；

所述清晰化识别设备包括灰度化处理子设备、图像分割子设备、背景估计子设备、背景剥离子设备、散射光滤除子设备和目标识别子设备；所述灰度化处理子设备与所述CCD视觉传感器连接，用于对所述水下图像执行灰度化处理以获得灰度化水下图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备连接，基于所述灰度化水下图像的分辨率自适应地对所述灰度化水下图像进行分块，以获得各个分块图像；所述背景估计子设备与所述图像分割子设备连接，对每一个分块图像执行背景估计处理：基于每一个分块图像的各个像素的灰度值计算每一个分块图像的灰度平均值，将获得的灰度平均值作为被计算的分块图像的背景灰度值；所述背景剥离子设备与所述背景估计子设备连接，将每一个分块图像的各个像素的灰度值减去该分块图像对应的背景灰度值以获得每一个分块图像的去背景灰度子图像，并将所有分块图像的去背景灰度子图像合并以组成背景剥离图像；所述散射光滤除子设备与所述背景剥离子设备、所述超声波测距子设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述第二相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述第二相对距离和所述辅助照明亮度去除所述背景剥离图像中因为辅助照明子设备照射而在前方目标上形成的散射光成份，以获得清晰化背景剥离图像；所述目标识别子设备与所述散射光滤除子设备和所述移动硬盘连接，将所述清晰化背景剥离图像与灰度化人形模版匹配，匹配成功，则发出人体获取信号，将所述散射光滤除子设备中被匹配出的人体子图像分割并输出，匹配识别，则发出无人体信号；

所述数字信号处理设备与所述水下摄像机、所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备、所述清晰化识别设备和所述三个直流电机分别连接，用于监视所述三个直流电机的工作状态，还用于在接收到所述人体获取信号时，启动所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备以接收所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离，基于所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离计算并输出人体定位数据，并通过电缆将所述水下图像、所述清晰化背景剥离图像和所述人体定位数据传输到岸基处理设备；所述数字信号处理设备在接收到所述无人体信号时，关闭所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备；

其中，所述岸基处理设备位于水上船舶或岸边位置，通过电缆与所述数字信号处理设备连接。

3.如权利要求2所述的人体图像清晰化分析方法，其特征在于：

所述数字信号处理设备为TI公司的DSP处理芯片。

4.如权利要求2所述的人体图像清晰化分析方法，其特征在于：

所述灰度化处理子设备、所述图像分割子设备、所述背景估计子设备、所述背景剥离子设备、所述散射光滤除子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上。

5.如权利要求2所述的人体图像清晰化分析方法，其特征在于：

所述数字信号处理设备还实时监控自身的资源占用百分比。

6.如权利要求5所述的人体图像清晰化分析方法，其特征在于：

所述数字信号处理设备在自身的资源占用百分比小于预定百分比阈值时，替换所述背景估计子设备的全部操作。

7.如权利要求5所述的人体图像清晰化分析方法，其特征在于：

所述数字信号处理设备在自身的资源占用百分比大于等于预定百分比阈值时，退出对所述背景估计子设备的全部操作的替换。